Lỗ đen: các kiến trúc sư đại tài của vũ trụ

Lỗ đen vốn được biết đến như nguồn năng lượng hủy diệt trong vũ trụ. Nhưng chúng cũng có thể là nguồn gốc kiến tạo nên các thiên hà: "Các bằng chứng gần đây đã cho thấy rằng lỗ đen vũ trụ có thể đã có một số ảnh hưởng nào đó đến trật tự hỗn độn của vũ trụ sau vụ nổ Big bang."
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lỗ đen: các kiến trúc sư đại tài của vũ trụ Lỗ đen: các kiến trúc sư đại tài của vũ trụ Lỗ đen vốn được biết đến như nguồn năng lượng hủy diệt trong vũ trụ.Nhưng chúng cũng có thể là nguồn gốc kiến tạo nên các thiên hà: Các bằngchứng gần đây đã cho thấy rằng lỗ đen vũ trụ có thể đã có một số ảnh hưởngnào đó đến trật tự hỗn độn của vũ trụ sau vụ nổ Big bang. Sau một thời gian dài được coi là thùng rác của vũ trụ, là sản phẩm phụ củacác thiên hà hay là con quái vật nuốt chửng mọi thứ, cuối cùng chúng ta cũng đãtìm ra được vai trò của các lỗ đen trong vũ trụ. Các nhà khoa học đã cân nhắc lạicác suy luận trước đây của mình. Bây giờ, người ta dần nhận ra rằng các lỗ đen vũtrụ ra đời với vai trò xây dựng nên kiến trúc vũ trụ ngày nay. “Nhiều năm trước đây,không ai có thể tưởng tượng được rằng tồn tại nhữngcon quái vật đó trong vũ trụ. Nhưng bây giờ chúng ta ngạc nhiên nhận ra rằngchúng vô cùng cần thiết cho việc tạo ra kiến trúc vũ trụ hiện đại” theo nhà vật lýthiên văn học Yuexing Li thuộc đại học Penn State. Lỗ đen nuốt chửng mọi thứ xung quanh chúng. Lỗ đen làm biến dạng vùng xung quanh chúng với lực hấp dẫn vô cùng lớnngay cả ánh sáng cũng không thể nào thoát ra được. Trước đây chúng từng đượccoi là vô cùng hiếm, Albert Einstein đã không tin vào sự tồn tại của lỗ đen vũ trụ.Nhưng qua nhiều thế kỷ người ta nhận ra hầu hết các lỗ đen vũ trụ - với khối lượnggấp hàng triệu hàng tỷ lần mặt trời – dường như thường nằm ở hầu hết trung tâmcác thiên hà trong vũ trụ. Và thật bất ngờ khi vào năm 2003, các nhà khoa học đãtìm ra các lỗ đen vũ trụ siêu trọng đã xuất hiện cách đây hơn 13 tỷ năm, lúc vũ trụchúng ta khoảng 1 tỷ năm tuổi. Kể từ đó, các nhà khoa học đã ra sức tìm kiếmnguồn gốc của những lỗ đen nguyên thủy đó, cách chúng chịu ảnh hưởng bởi vũtrụ và các sự kiện tiếp sau đó. Vào tháng 8, các nhà khoa học tại viện nghiên cứu vật lý thiên văn về hạtnhân Kavli và vũ trụ học tại đại học Stanford đã dùng siêu máy tính để mô phỏngvũ trụ từ thưở sơ khai từ đó vạch ra nhiều khám phá mới lạ về những lỗ đen vũ trụđầu tiên. Bắt đầu từ khoảng 200 triệu năm sau vụ nổ Bigbang khi các ngôi sao đầutiên của vũ trụ hình thành. Các ngôi sao này như những con thú khổng lồ có khốilượng gấp trăm lần mặt trời chúng ta, vô cùng lớn và hoạt động đến nổi chúng tựđốt tất cả lượng Hydrogen của chúng trong vòng vài triệu năm. Khi không cònHydrogen cung cấp năng lượng để chống lại lực hấp dẫn của chính nó nữa, các ngôisao dần sụp đổ và chúng bị nén chặt lại bởi lực hấp dẫn quá lớn của chính chúng.Từ đó tạo thành lỗ đen vũ trụ. Các thế hệ lỗ đen vũ trụ đầu tiên khá nhỏ bé so với các lỗ đen nằm ở trungtâm các ngân hà ngày nay. Những lỗ đen đầu tiên lớn lên từ từ với tốc độ 1 phầntrăm khối lượng mỗi 200 triệu năm vì các ngôi sao mới sinh khác đã thổi hết phầnlớn lượng khí xung quanh cần cho sự phát triển của lỗ đen. Tuy có gặp nhiều khókhăn như vậy nhưng các lỗ đen vũ trụ sơ khai có vai trò hết sức quan trọng trongviệc kiểm soát quá trình sinh sao mới: những lỗ đen phát ra bức xạ làm cho cácđám khí vật chất xung quanh có nhiệt độ rất cao khoảng 5000oF, do đó các dòngvật chất khó có thể gắn kết lại. “Chúng không thể hình thành được sao trong điềukiện đó” ông Marcelo Alvarez, thành viên đứng đầu của nhóm Kavli nói. Mô hình lỗ đen do các siêu máy tính mô phỏng. Nhờ vào các mô hình do những siêu máy tính cung cấp, chúng ta đã có đượcnhững cái nhìn tổng quát về vũ trụ sơ khai nhưng nó lại đặt ra nhiều câu hỏi hơnvề giai đoạn tiếp theo sau đó. Năm 2007, các nhà khoa học đã tìm ra một lỗ đensiêu trọng lâu đời nhất và xa nhất từng được phát hiện, với khối lượng gấp tỷ lầnmặt trời đã tồn tại gần 840 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang ( để phát hiện các lỗ đenthường vô hình, các nhà thiên văn đã dựa vào luồng khí nóng rực rỡ xoay xungquanh các lỗ đen trước khi bị nó nuốt chửng). Cũng vào tháng 9 đó, một nhómnghiên cứu khác cũng đã thông báo rằng tìm ra một thiên hà cực lớn bao quanh lỗđen đó. Điều này lập tức đánh đố các nhà khoa học. Tại sao 400 triệu năm sau vụnổ Big bang, vũ trụ vẫn bao gồm các sao nhỏ nằm rãi rác và các lỗ đen bị bỏ đói;Nhưng chỉ 500 triệu năm tiếp theo, vũ trụ đã đầy ắp những con quái vật màu đennằm trong các thiên hà. Làm thế nào mà có sự thay đổi nhanh như vậy? Nhà thiên văn học Li đã cố gắng tìm hiểu lý do. Trong khi Alvarez tìm cáchmô phỏng chủ yếu vào các ngôi sao cách biệt và lỗ đen thì Li tìm mối tương tácgiữa các cá thể trong vũ trụ và ảnh hưởng của nó đến cấu trúc vũ trụ ban đầu. Côngtrình nghiên cứu của bà cho thấy rằng những lỗ đen sơ khai tàng hình có khốilượng gấp vài chục ngàn lần được bao bọc bởi vành đai khí dày đặc. Tất cả cùngvới nhau tạo thành tiền thiên hà, là nền tảng của các thiên hà ngày nay. Trong thờikỳ đó, diễn ra sự va chạm liên tục giữa các tiền thiên hà. Sau các va chạm tiền thiê ...