Phát hiện lỗ đen ra đời chưa đầy 1 giây sau Big Bang, thách thức khoa học vũ trụ

Phát hiện chấn động từ kính James Webb: các nhà thiên văn học tìm thấy một lỗ đen khổng lồ có thể hình thành chỉ chưa đầy 1 giây sau Big Bang, hé lộ manh mối về lỗ đen nguyên thủy và bí ẩn vật chất tối.

Các nhà thiên văn học vừa công bố phát hiện chấn động: một lỗ đen khổng lồ có thể đã hình thành chỉ chưa đầy một giây sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Nếu được xác nhận, đây sẽ là bằng chứng mạnh mẽ nhất từ trước tới nay về sự tồn tại của lỗ đen nguyên thủy (primordial black holes), vốn là một giả thuyết gây tranh cãi suốt nhiều thập kỷ qua.

Dấu vết từ Kính viễn vọng James Webb

Phát hiện này dựa trên dữ liệu thu được từ Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST). Nhóm nghiên cứu đã quan sát một "đốm đỏ tí hon" được đặt tên QSO1, nằm ở vùng vũ trụ hình thành khi vũ trụ chưa đầy 1 tỉ năm tuổi.

QSO1 ban đầu được xem là một thiên hà cực kỳ nhỏ gọn hoặc một lỗ đen siêu nặng đang nuốt vật chất. Tuy nhiên, kết quả phân tích mới cho thấy gần như không hề tồn tại một thiên hà bao quanh. Điều này khiến giới khoa học đặt nghi vấn: lỗ đen này có thể tự hình thành, không cần qua giai đoạn sụp đổ của sao hay hình thành thiên hà.

"Lỗ đen này gần như 'trần trụi', không có thiên hà bao quanh. Đây thực sự là một thách thức với các lý thuyết hiện tại", giáo sư Roberto Maiolino, Đại học Cambridge, cho biết.

Lỗ đen nguyên thủy: bí ẩn từ thuở sơ khai vũ trụ

Trong hiểu biết thông thường, lỗ đen hình thành khi một ngôi sao khổng lồ sụp đổ sau siêu tân tinh (supernova), rồi tiếp tục "ăn" vật chất xung quanh để lớn dần. Nhưng phát hiện này đang thách thức mô hình chuẩn của vũ trụ học.

Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ sự tồn tại của lỗ đen nguyên thủy, những lỗ đen hình thành ngay sau Vụ Nổ Lớn, khi vũ trụ còn cực kỳ đặc và nóng. Khi đó, những vùng có mật độ vật chất cao bất thường có thể sụp đổ trực tiếp thành lỗ đen, trước cả khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên ra đời.

Nếu giả thuyết này đúng, nó có thể giải thích bí ẩn lớn: Vì sao có nhiều lỗ đen cổ đại khổng lồ xuất hiện rất sớm trong lịch sử vũ trụ. Và thậm chí, chúng có thể là ứng viên hàng đầu cho vật chất tối (dark matter), "cất giấu" một lượng lớn vật chất mà chúng ta không thể quan sát.

Nhờ hiện tượng thấu kính hấp dẫn (ánh sáng bị bẻ cong bởi trọng lực của một thiên thể lớn phía trước), nhóm nghiên cứu đã đo được tốc độ quay của vật chất xung quanh QSO1. 

Kết quả khiến họ sửng sốt: Lỗ đen này có khối lượng khoảng 50 triệu lần Mặt trời. Nó nặng gấp đôi toàn bộ khối lượng vật chất xung quanh và gần như không có các nguyên tố nặng nào khác ngoài hydro và heli, vốn là những nguyên tố xuất hiện ngay sau Vụ Nổ Lớn.

"Chúng tôi đang chứng kiến một lỗ đen khổng lồ hình thành trong môi trường gần như không có thiên hà. Đây thực sự là một sự thay đổi mô hình vũ trụ học", giáo sư Maiolino nhấn mạnh.

Dù phát hiện này cực kỳ hứa hẹn, các chuyên gia vẫn thận trọng. Giáo sư Andrew Pontzen (ĐH Durham) cho biết: "Nhóm nghiên cứu chưa thể 'nhìn thấy' khoảnh khắc lỗ đen này ra đời, mà chỉ quan sát nó 700 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Đây là một bằng chứng gián tiếp, và còn cần nhiều thời gian để xác minh".

Trong thời gian tới, các nhà khoa học kỳ vọng thế hệ kính sóng hấp dẫn mới sẽ giúp "soi" vũ trụ xa xưa, xác định liệu lỗ đen nguyên thủy thực sự tồn tại hay không./.