Lỗ đen siêu nặng là một trong những đối tượng hấp dẫn và bí ẩn nhất của vũ trụ. Chúng là những vật thể khổng lồ nằm ở trung tâm của có lẽ là hầu hết các thiên hà. Có thể chúng chính là những hạt giống mà từ đó các thiên hà hình thành.
Các lỗ đen siêu nặng có khối lượng ít nhất là hàng trăm nghìn lần khối lượng của Mặt Trời. Chúng thường được bao quanh bởi những đám mây khí khổng lồ phát xạ rất nhiều năng lượng. Những lỗ đen siêu nặng như vậy được gọi là những nhân thiên hà hoạt động. Việc khám phá tính chất của những đám mây này cùng những cư dân thú vị trong vùng trung tâm của chúng là bài toán được liên tục đề ra cho các nhà vật lý thiên văn.
Giờ đây, các nhà thiên băn học có một hiện tượng mới mà họ cần xem xét: ý tưởng về việc các hành tinh có thể hình thành trong những đám mây khí và bụi khổng lồ quanh các lỗ đen siêu nặng. Năm ngoái, Keichi Wada ở Đại học Kagoshima (Nhật Bản) cùng một vài đồng nghiệp nữa đã chỉ ra rằng ở những điều kiện nhất định, các hành tinh có thể hình thành trong những đám mây này. Những hành tinh của lỗ đen này không giống với các hành tinh thông thường và làm tăng khả năng của một nhóm thiên thể hoàn toàn mới để các nhà thiên văn khám phá. Họ gọi những hành tinh này là "blanet" (Người dịch chú thích: blanet là ghép của "black hole" và "planet". Sau đây, khi dùng trong tiếng Việt, nó sẽ tạm được gọi là "hành tinh lỗ đen").
Đĩa tiền hành tinh
Lý thuyết được thống nhất chung về sự hình thành hành tinh cho biết việc đó xảy ra trong đĩa tiền hành tinh chứa khí và bụi quanh các sao trẻ. Khi các hạt bụi va chạm, chúng dính vào nhau và tạo thành những khối lớn hơn, tiếp tục lớn dần trong quá trình chuyển động quanh sao mẹ. Cuối cùng, khi những khối này đủ lớn, chúng trở thành các hành tinh.
Wada và cộng sự cho biết một quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra ở quanh các lỗ đen siêu nặng. Chúng được bao quanh bởi những đám mây khí và bụi khổng lồ có nhiều điểm tương đồng với những đĩa tiền hành tinh quanh các sao trẻ. Khi đám mây chuyển động quanh lỗ đen, những hạt bụi có thể va chạm và dính vào nhau để tạo thành những cụm lớn dần để rồi cuối cùng tạo ra những hành tinh lỗ đen.
Quy mô của quá trình này lớn hơn nhiều so với sự hình thành của các hành tinh thông thường. Các lỗ đen siêu nặng rất lớn, với khối lượng ít nhất là hàng trăm nghìn lần Mặt Trời. Những các hạt băng chỉ có thể hình thành khi nhiệt độ đủ lạnh để ngưng tụ những hợp chất dễ bay hơi.
Như vậy, khoảng cách để có thể xảy ra sự hình thành hành tinh phải là khoảng 100 nghìn tỷ km tính từ lỗ đen, trên một quĩ đạo kéo dài khoảng một triệu năm. Ở những hành tinh như vậy, sinh nhật sẽ là thứ rất xa xôi!
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu xem xét tới việc liệu các thiên thể như vậy có thể lớn tới mức nào. Một giới hạn quan trọng là vận tốc tương đối của các hạt bụi trong đám mây. Những hạt chuyển động chậm có thể dính vào nhau, nhưng những hạt chuyển động nhanh sẽ vỡ ngay lập tức bởi va chạm ở vận tốc cao. Wada và cộng sự đã tính ra rằng vận tốc tới hạn sẽ ở mức dưới 80 m/s.
Đồng thời, cường độ va chạm cần phải đủ cao để các hành tinh lỗ đen hình thành trong thời gian sống của một nhân thiên hà hoạt động, được cho là khoảng 100 triệu năm. Việc đó khiến cho chỉ còn một số ít nơi mà các hành tinh lỗ đen có thể hình thành, trừ khi còn có cơ chế nào đó khác kích thích sự hình thành của chúng.
Mục tiêu hiện tại của nhóm nghiên cứu là tìm hiểu về sự tham gia của va chạm giữa bức xạ với đám mây bụi. Bức xạ từ một nhân thiên hà hoạt động sẽ có xu hướng đẩy các hạt ra xa khỏi lỗ đen, tạo nên một một cơn gió liên tục của những vật liệu giúp hình thành hành tinh.
Nhân thiên hà hoạt động
Việc đó có một tác động rất đáng kể, Wada và cộng sự cho biết. Dưới những điều kiện đó, các hành tinh lỗ đen phát triển nhanh hơn và có thể đạt tới khối lượng gấp 3.000 lần Tráu Đất (hơn mức đó thì chúng sẽ đủ nặng để trở thành sao lùn nâu). Nếu không có gió bụi từ nhân thiên hà, hành tinh lỗ đen sẽ không thể lớn quá 6 lần khối lượng của hành tinh chúng ta.
"Kết quả của chúng ta gợi ý rằng các hành tinh lỗ đen có thể hình thành quanh những nhân thiên hà hoạt động với độ chói thấp trong thời gian sống của chúng," Wada nói.
Những thiên thể này trông ra sao là một câu hỏi mở. Theo Wada và cộng sự cho biết, chúng không thể là những hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc hay Sao Hải Vương.
"Lớp vỏ khí của một hành tinh lỗ đen phải nhỏ đến mức không đáng kể so với khối lượng của hành tinh," họ nói. "Các hành tinh lỗ đen rất khác so với những hành tinh dạng Trái Đất."
Hiện tại, nghiên cứu của họ mới chỉ mang tính lý thuyết, và triển vọng về việc có thể quan sát được hành tinh lỗ đen là không hề cao. Nhân thiên hà hoạt động gần Trái Đất nhất là Centaurus A, cách chúng ta 11 triệu năm ánh sáng. Đây là khoảng cách xa hơn nhiều so với khả năng của các kính thiên văn đang được dùng để tìm kiếm các ngoại hành tinh (vốn chỉ tìm kiếm trong phạm vi vài nghìn năm ánh sáng.)
Nhưng nếu hành tinh lỗ đen có tồn tại, câu hỏi tiếp theo sẽ là liệu chúng có hỗ trợ sự sống. Chính xác thì câu hỏi này xuất hiện sau việc phát hành bộ phim Interstellar, trong đó có một hành tinh có tiềm năng cho sự sống chuyển động quanh một lỗ đen. Câu trả lời là: có lẽ là không, mặc dù không có lý do gì để các nhà thiên văn học ngừng tìm kiếm chúng.
Bryan
Theo Astronomy
