[비즈한국] Kính thiên văn mới luôn tiết lộ những bí mật chưa từng thấy trước đây. Ngay khi Kính thiên văn vũ trụ Hubble đi vào hoạt động, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra các thiên hà bị bẻ cong kỳ lạ ở khắp mọi nơi trong vũ trụ, và nhận ra rằng không-thời gian thực tế đang gợn sóng, uốn cong ở mọi ngóc ngách. Giờ đây, những hình ảnh thấu kính hấp dẫn này đã trở thành một hiện tượng bình thường mà ta có thể bắt gặp ở bất cứ đâu.
Kính thiên văn vũ trụ James Webb tiếp tục mang đến những hình ảnh gây sửng sốt khác mà ngay cả Hubble cũng không thể nhìn thấy. Đặc biệt, khi James Webb nhìn sâu vào rìa vũ trụ, vào quá khứ xa xôi, vô số những đốm đỏ xuất hiện ở cuối vũ trụ. Những đốm đỏ này được gọi là LRD (Little Red Dots - Những đốm đỏ nhỏ), và danh tính thực sự của chúng vẫn chưa được làm rõ. Thật khó để gọi chúng là những thiên hà sơ khai thông thường, nhưng cũng chẳng thể xem chúng là những ngôi sao khổng lồ rực rỡ trong vũ trụ xa xôi.
Vấn đề là chúng được tìm thấy quá phổ biến. Nếu thỉnh thoảng mới bắt gặp một đốm, ta có thể nghĩ đó chỉ là một thiên thể kỳ lạ nào đó trong vũ trụ sơ khai, nhưng thực tế không phải vậy. LRD dường như là một cảnh tượng rất phổ biến của vũ trụ thuở ban đầu.
Các đốm đỏ được phát hiện lần đầu tiên trong quá trình tìm kiếm lời giải cho mắt xích còn thiếu trong quá trình tiến hóa của thiên hà. Hầu hết trung tâm các thiên hà đều ẩn chứa một hố đen khổng lồ, và khối lượng của hố đen đó tỉ lệ thuận một cách hoàn hảo với khối lượng của thiên hà. Trên thực tế, xét về tỉ lệ khối lượng, hố đen trung tâm chỉ chiếm khoảng 1/1000 tổng khối lượng thiên hà, nhưng việc một hố đen (tương đối) nhỏ như vậy lại tuân theo các quy luật chính xác của thiên hà khiến người ta phải suy ngẫm về khả năng cùng tiến hóa giữa hố đen và thiên hà.
Vấn đề là chúng ta không biết nguồn gốc chính xác của các hố đen trung tâm thiên hà. Đối với các hố đen khối lượng sao nhẹ hơn nhiều, chúng ta biết cơ chế hình thành thông qua sự sụp đổ của các ngôi sao nặng. Tuy nhiên, các hố đen siêu khối lượng ở trung tâm thiên hà vẫn chưa rõ ràng. Thậm chí, người ta cũng không chắc chắn liệu thiên hà được hình thành trước rồi vật chất mới tụ lại ở trung tâm để tạo thành hố đen, hay hố đen được hình thành trước trong vũ trụ sơ khai rồi vật chất tụ lại xung quanh để tạo nên thiên hà như hiện nay.
Các nhà thiên văn học kỳ vọng rằng nếu James Webb nhìn thấu đến tận cùng vũ trụ, họ sẽ thấy được hiện trường hình thành các hố đen siêu khối lượng thời sơ khai. Hố đen thu hút vật chất xung quanh bằng lực hấp dẫn mạnh mẽ, khiến chúng quay quanh rất nhanh. Vì vậy, ánh sáng xung quanh hố đen chịu hiệu ứng Doppler cực độ, làm cho bước sóng của các vạch phát xạ trong quang phổ bị kéo giãn ra rộng hơn ở cả hai phía. Điều này được gọi là sự tăng độ rộng vạch phổ. Nếu đặc điểm này được tìm thấy trong quang phổ, chúng ta có thể biết rằng ở trung tâm có một hố đen khổng lồ.
Thông qua quan sát của James Webb, nhiều thiên thể có độ rộng vạch phổ lớn như vậy đã được tìm thấy, nhưng đáng ngạc nhiên là hình ảnh trong ảnh còn gây bối rối hơn nữa. Nếu vật chất quay quanh nhanh như vậy, kích thước của nó đáng lẽ phải rất lớn. Thế nhưng, các đốm đỏ xuất hiện trong ảnh lại quá nhỏ. Điều này ám chỉ rằng thiên thể này có thể là một khối vật chất cực kỳ đặc, khối lượng rất lớn nhưng kích thước lại vô cùng nhỏ gọn. Đây không phải là thiên hà thông thường hay hố đen mà chúng ta biết. Đây là một loại thiên thể hoàn toàn khác biệt mà chúng ta chưa từng thấy trước đây.
Ánh sáng đỏ rực rỡ cũng là một câu hỏi lớn. Thoạt nhìn, có thể cho rằng vì hố đen khổng lồ được bao bọc bởi những đám mây bụi dày đặc, tối tăm nên nó phát ra nhiều ánh sáng hồng ngoại. Trong trường hợp có một thiên hà hoạt động ẩn chứa bên trong những đám mây bụi lớn, bức xạ hồng ngoại mạnh cũng thực sự được quan sát thấy ngay cả ở các thiên hà gần. Tuy nhiên, vẫn có vấn đề. Những thiên hà hoạt động như vậy không chỉ phát ra tia hồng ngoại mà còn phát ra các loại ánh sáng mạnh hơn như tia X, tia gamma. Thế nhưng, các LRD được ghi nhận cho đến nay chỉ phát ra ánh sáng hồng ngoại đỏ rực một cách rõ rệt.
Một số nhà thiên văn học cho rằng đó là do các thiên hà nguyên thủy có ít sao và khối lượng nhẹ, nhưng lại chứa một hố đen quá nặng so với kích thước của chúng. Đây cũng được coi là bằng chứng cho giả thuyết rằng hố đen lớn lên trước, sau đó vật chất mới tụ lại để hình thành thiên hà sau. Tuy nhiên, những khối vật chất quá nhỏ gọn, tức là cứng chắc như vậy rất khó tưởng tượng trong mô hình vũ trụ tiêu chuẩn hiện nay. Ngay cả các mô phỏng cũng không tái hiện tốt được các thiên thể này. Điều này có nghĩa là cách thức tiến hóa của vũ trụ sơ khai có thể khác biệt đáng kể so với hình dung yên bình mà chúng ta vẫn nghĩ bấy lâu nay.
Nghiên cứu này cho rằng danh tính của LRD chính là cái gọi là 'hố đen sụp đổ trực tiếp', nơi những đám mây khí khổng lồ sụp đổ cùng một lúc. Những đám mây khí khổng lồ này có thể tạo ra các hố đen nguyên thủy gần gấp 1.000 lần khối lượng Mặt trời bằng cách bỏ qua quá trình tạo sao, không trải qua quá trình như siêu tân tinh, và sụp đổ ngay lập tức. Sau đó, chúng dần dần nuốt chửng thêm vật chất, hợp nhất với nhau để cuối cùng phát triển thành những hố đen siêu khối lượng khổng lồ với khối lượng gấp hàng chục triệu lần Mặt trời, hiện đang tồn tại ở trung tâm các thiên hà ngày nay.
Hố đen sụp đổ trực tiếp được coi là hạt giống của các hố đen siêu khối lượng, nhưng sự tồn tại của chúng vẫn chưa được xác nhận rõ ràng qua quan sát thực tế. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, các nhà thiên văn học khẳng định LRD chính là hố đen sụp đổ trực tiếp trong truyền thuyết đó. Họ đã mô phỏng quá trình hình thành hố đen sụp đổ trực tiếp và tái hiện xem loại ánh sáng, quang phổ nào nên được quan sát thấy xung quanh, và hình ảnh đó tương tự như hình ảnh điển hình của LRD mà James Webb đang bắt được.
Kết quả thật đáng kinh ngạc. Chỉ cần đặt một hố đen khổng lồ ở trung tâm và che phủ xung quanh bằng những đám mây bụi bình thường là đủ. Những đám mây bụi hấp thụ ánh sáng rò rỉ ra từ xung quanh hố đen rồi tái phát xạ, chỉ phát ra ánh sáng đỏ nghiêng về phía hồng ngoại. Và chính xác là quang phổ của LRD được tạo ra. Ở đây không cần đến các ngôi sao. Nếu không có ngôi sao nào, chỉ có khí hydro và đám mây bụi che giấu hố đen, quang phổ của LRD mới được tái hiện một cách chính xác.
Không giống như các thiên hà hoạt động thông thường khác, lý do tại sao tia gamma và tia X không được quan sát thấy rõ ở LRD cũng có thể được giải thích. Nếu một đám mây lớn sụp đổ trong chớp mắt và tạo ra một hố đen khổng lồ, thì bản thân đám mây bụi đó phải có mật độ rất cao ngay từ đầu. Vì hố đen bị che giấu trong những đám mây bụi dày đặc, nên năng lượng thông thường khó có thể xuyên qua đám mây, và tia X mức độ bình thường do hố đen phát ra sẽ bị hấp thụ hoàn toàn. Tia X mà đám mây bụi hấp thụ lại được tái phát xạ dưới dạng tia hồng ngoại, làm cho LRD càng trở nên đỏ rực hơn, trong khi các bức xạ tia X mạnh khác không được phát hiện.
Thậm chí, một số người còn đặt tên cho mô hình này một cách kịch tính hơn: đó là sao hố đen (black hole star)! Đây là dạng hố đen nằm ở trung tâm, bao quanh bởi những đám mây khí có mật độ cao giống như một ngôi sao khổng lồ duy nhất đang bao bọc hố đen. Hơn nữa, vì là thiên thể trong vũ trụ sơ khai, các đám mây khí bụi chủ yếu được tạo thành từ hydro nguyên chất. Do đó, có thể coi đây là một khối hydro khổng lồ chứa hố đen ở trung tâm, thực sự là một ngôi sao khổng lồ chứa hố đen.
Vũ trụ thật kỳ lạ. Đặc biệt là càng quay ngược về quá khứ, vũ trụ càng trở nên kỳ lạ hơn. Chúng ta từng nghĩ vũ trụ chỉ là một thế giới chứa đầy các ngôi sao và thiên hà bình thường, nhưng ngay từ đầu nó đã không như vậy. Có lẽ sau một khoảng thời gian rất dài nữa, vũ trụ hiện tại của chúng ta sẽ được coi là một hình thái kỳ lạ. Những ngôi sao và thiên hà bình thường hiện nay rồi cũng sẽ biến mất và bị đẩy ra khỏi dòng chảy chính của vũ trụ. Sau đó, những thiên thể với hình thái kỳ lạ mà chúng ta không thể tưởng tượng nổi sẽ xuất hiện, chiếm lĩnh dòng chảy mới của vũ trụ, và biến những ngôi sao, thiên hà ngày nay trở thành những tồn tại kỳ lạ. Đến lúc đó, chúng ta sẽ trở thành những LRD mới.
Tham khảo
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2026arXiv260114368P/abstract
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/09/aa54681-25/aa54681-25.html
Tác giả Ji Ung-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem 'Galaxy Express 999', anh đã nuôi ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh là giáo sư trợ lý tại Khoa Nghiên cứu Tự do, Đại học Sejong, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết sách. Anh đã viết các cuốn sách như 'Mỗi ngày một mảnh vũ trụ', 'Các nhà khoa học của vũ trụ đầy sao', 'Không thể đến nhưng có thể biết', 'Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vào vũ trụ', và dịch các cuốn sách như 'Hướng dẫn quá giang vào thiên hà cho người thực sự', 'Tôi đã giết Sao Diêm Vương như thế nào', 'Cuộc sống lượng tử', 'Cosmigraphics'.