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

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."
Sau một thời gian dài được coi là thùng rác của vũ trụ, là sản phẩm phụ của
các thiên hà hay là con quái vật nuốt chửng mọi thứ, cuối cùng chúng ta cũng đã
tìm ra được vai trò của các lỗ đen trong vũ trụ. Các nhà khoa học đã cân nhắc lại
các suy luậntrước đây của mình. Bây giờ,ngườita dần nhận ra rằng các lỗ đen vũ
trụ ra đời với vai tròxây dựngnên kiến trúc vũ trụ ngày nay.
“Nhiều nămtrước đây,khôngai cóthể tưởng tượngđược rằng tồn tạinhững
con quái vật đó trong vũ trụ. Nhưng bây giờ chúng ta ngạc nhiên nhận ra rằng
chúng vô cùng cần thiết cho việc tạo ra kiến trúc vũ trụ hiện đại” theo nhà vật lý
thiên 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 lớn
ngay cả ánh sáng cũng không thể nào thoát ra được. Trước đây chúng từng được
coi là vô cùng hiếm, Albert Einstein đã không tin vào sự tồn tại của lỗ đen vũ trụ.
Nhưngqua nhiều thế kỷ ngườita nhậnra hầu hếtcác lỗ đenvũ trụ -với khốilượng
gấp hàng triệuhàng tỷ lần mặttrời –dường như thường nằm ở hầu hếttrung tâm
các thiên hà trong vũ trụ. Và thật bất ngờ khi vào năm 2003, các nhà khoa học đã
tìm racác lỗ đenvũ trụ siêu trọng đã xuấthiệncách đâyhơn 13 tỷ năm, lúc vũ trụ
chúng ta khoảng 1 tỷ năm tuổi. Kể từ đó, các nhà khoa học đã ra sức tìm kiếm
nguồn gốc của những lỗ đen nguyên thủy đó, cách chúng chịu ảnh hưởng bởi vũ
trụ vàcác sự kiện tiếp sau đó.
Vào tháng 8, các nhà khoa học tại viện nghiên cứu vật lý thiên văn về hạt
nhân Kavli và vũ trụ học tại đại học Stanford đã dùng siêu máy tính để mô phỏng
vũ trụ từ thưở sơ khai từ đó vạchranhiềukhám phámớilạ về nhữnglỗ đenvũ trụ
đầu tiên. Bắt đầu từ khoảng200 triệu năm sau vụ nổ Bigbang khi các ngôi sao đầu
tiên của vũ trụ hình thành. Các ngôi sao này như những con thú khổng lồ có khối

lượng gấp trăm lần mặt trời chúng ta, vô cùng lớn và hoạt động đến nổi chúng tự
đốt tất cả lượng Hydrogen của chúng trong vòng vài triệu năm. Khi không còn
Hydrogencungcấp năng lượngđể chống lạilựchấp dẫn củachínhnónữa, cácngôi
sao dần sụp đổ và chúng bị nén chặt lại bởi lực hấp dẫn quá lớn của chính chúng.
Từ đó tạo thành lỗ đenvũ trụ.
Các thế hệ lỗ đen vũ trụ đầu tiên khá nhỏ bé so với các lỗ đen nằm ở trung
tâm các ngân hà ngày nay. Những lỗ đen đầu tiên lớn lên từ từ với tốc độ 1 phần
trăm khốilượngmỗi200 triệu nămvìcác ngôisaomớisinh khác đã thổihết phần
lớn lượng khí xung quanh cần cho sự phát triển của lỗ đen. Tuy có gặp nhiều khó
khăn như vậy nhưng các lỗ đen vũ trụ sơ khai có vai trò hết sức quan trọng trong
việc kiểm soát quá trình sinh sao mới: những lỗ đen phát ra bức xạ làm cho các
đám khí vật chất xung quanh có nhiệt độ rất cao khoảng 5000oF, do đó các dòng
vật chất khó có thể gắn kết lại. “Chúng không thể hình thành được sao trong điều
kiệnđó” ông MarceloAlvarez, thànhviên đứng đầu của nhóm Kavli nói.
Mô hình lỗ đen do các siêu máy tính mô phỏng.
Nhờ vàocác mô hình do những siêu máy tính cung cấp,chúngta đã cóđược
những cái nhìn tổng quát về vũ trụ sơ khai nhưng nó lại đặt ra nhiều câu hỏi hơn
về giai đoạn tiếp theo sau đó. Năm 2007, các nhà khoa học đã tìm ra một lỗ đen
siêu trọng lâu đời nhất và xa nhất từng được phát hiện, với khối lượng gấp tỷ lần
mặt trời đã tồn tại gần 840 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang ( để phát hiện các lỗ đen
thường vô hình, các nhà thiên văn đã dựa vào luồng khí nóng rực rỡ xoay xung
quanh các lỗ đen trước khi bị nó nuốt chửng). Cũng vào tháng 9 đó, một nhóm
nghiên cứu kháccũng đã thôngbáo rằngtìm ramột thiên hà cực lớnbao quanh lỗ
đen đó. Điều này lập tức đánh đố các nhà khoa học. Tại sao 400 triệu năm sau vụ
nổ 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 đen
nằm trongcác thiên hà. Làm thế nào mà có sự thay đổinhanhnhư vậy?
Nhà thiên văn học Li đã cố gắng tìm hiểu lý do. Trong khi Alvarez tìm cách
mô phỏng chủ yếu vào các ngôi sao cách biệt và lỗ đen thì Li tìm mối tương tác
giữacác cá thể trongvũ trụ vàảnh hưởngcủanó đến cấu trúcvũ trụ banđầu.Công

trình nghiên cứu của bà cho thấy rằng những lỗ đen sơ khai tàng hình có khối
lượng gấp vài chục ngàn lần được bao bọc bởi vành đai khí dày đặc. Tất cả cùng
với nhau tạo thành tiềnthiên hà,là nềntảng củacác thiênhà ngàynay. Trong thời
kỳ đó,diễnra sự va chạm liên tục giữa các tiền thiên hà.Saucácvachạm tiềnthiên
hà, cáclỗ đencủachúngtăng trưởngrấtnhanh bằng sự kếthợp với cáclỗ đen của
thiên hà khác và chúng cùng nhau “ăn” phần khí và bụi mới được 2 thiên hà cung
cấp.Từ cáclỗ đenvới khốilượnggấp trăm lần mặttrời,khốilượng củachúngtăng
nhanhchóng lên đếngấptỷ lầnkhốilượng mặttrờitrong vòng800triệunăm.Đặc
biệt nhờ vào mật độ khối khí dày đặc bao quanh các lỗ đen giúp chúng phát triển
nhanhhơn.
Trong thời kỳ hoạt động mạnh, mô hình của Li đã chỉ ra rằng các lỗ đen đột
nhiên trở nên thân thiện hơn với nhiều ngôi sao khác. Việc các tiền thiên hà hợp
nhất với nhau làm nảy sinh ra một xung động lớn nén các khối khí dày đặc lại với
nhau, giúp kích thích quá trình sinh sao ngay cả khi chúng đang chịu tác dụng của
bức xạ từ lỗ đen. Điều kỳ diệu ở đây làtrong một khoảnh khắc ngắn, các lỗ đen vũ
trụ chuyển từ trạng thái nhẹ, hiếu chiến sang trạng thái siêu trọng để nhúng vào
giữacácthiên hà sinhsao.
Hình chụp sự va chạm giữa 2 tiền thiên hà.
Mặc dù các quá trình mô phỏng đã cung cấp các thông tin khá đầy đủ về thời kỳ
hình thành kiến trúc của vũ trụ, Li cũng thừa nhận phỏng đóan của bà vẫn chỉ là
mô hình mà thôi; chúng vẫn chưa thật sự phù hợp với quan sát thực tế. Vì vậy,
trong khi bà cùng các nhà lý thuyết khác đang cố hoàn thiện các tính toán của họ,
một nhóm các nhà thiên văn khác đang sử dụng các loại kính thiên văn mạnh mẽ
nhất từ trước đến nay, tìm kiếm những lỗ đen mà trước giờ chỉ là mô phỏng trên
máy tính. Theo Li: “Nhiều chiến dịch tíchcực nhằm tìm ra các lỗ đen siêu trọngđã
được phát động, nhưng chúng tôi vẫn chưa thể tìm ra những lỗ đen đầu tiên.” Bà
còn cho rằng sẽ không quá ngạc nhiên khi các lỗ đen khổng lồ sớm nhất đã xuất
hiện sauvũ trụ chúngta khoảng 500triệu năm.
Vào tháng tư vừa qua, một trong những đồng nghiệp của Li tại trường đại
học Penn State đã phát hiện rasự bùng nổ năng lượng từ một ngôi sao nổ tung có

lẽ là nguồngốccủa quá trình colạitạo nên lỗ đen khi vũ trụ mới có 630triệu năm
tuổi.
Hiện nay người ta đã tiến hành cải tiến kính viễn vọng Hubble nhằm hỗ trợ
cho công cuộctìmkiếmnày. Đồngthời người kế nhiệm chokính viễnvọng Hubble
sẽ là kínhviễn vọng James Webbdự định sẽ hoạt động vàonăm 2014.
Kính viễn vọng Hubble.
Nhà kế nhiệm kính thiên văn James Webb.
Trong một tươnglai không xa, cácnhà khoa học sẽ bước vàomộtkỷ nguyên
mới khi mà cáclỗ đen vũ trụ sẽ đượcđánh giá là một trongnhững đốitượng quan
trọng nhất của vũ trụ, góp phần đem đến trật tự cho vũ trụ sau vụ nổ Big Bang –
vốn được xem không có trật tự rõ ràng. Li nói :” Trong thiên văn học lý thuyết và
quan sát, những phát hiện trongtươnglai sẽ là biêngiới của vũ trụ”.