Các nhà khoa học đã xác định được một lý thuyết hợp lý để giải thích cho sự hình thành của các lỗ đen siêu nặng.
Mặc dù các nhà khoa học đều biết rằng có một lỗ đen siêu nặng nằm ở trung tâm của hầu hết mọi thiên hà nhưng họ lại không thể giải thích được cách mà những gã khổng lồ của hấp dẫn này hình thành.
Nhưng các nhà vật lý Hooman Davoudiasl, Peter Denton và Julia Gehrlein thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) ở thành phố New York đã xác định được một lý thuyết hợp lý mang tên: “sự chuyển pha vũ trụ học” của vật chất tối siêu nhẹ.
Theo mô hình của nhóm nghiên cứu này thì các lỗ đen siêu nặng có lẽ đã hình thành ngay khi vũ trụ đang dần nguội đi từ trạng thái nóng đặc - trước khi các thiên hà hình thành. “Khi nhiệt độ của vũ trụ ở mức vừa đủ nguội thì áp suất có thể đột ngột giảm xuống tới mức rất thấp, điều này khiến lực hấp dẫn thắng thế và làm cho vật chất sụp đổ,” Denton cho biết trong một tuyên bố.
Nhưng các hạt mà ta đã biết sẽ không hoạt động bình thường trong những điều kiện đó để tạo thành các lỗ đen siêu nặng. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về một dạng vật chất chưa từng được quan sát cho tới nay có thể là mấu chốt của quá trình này. Dạng vật chất đó chính là vật chất tối siêu nhẹ, nhẹ hơn 28 lần so với khối lượng của một proton nằm ở trung tâm của một nguyên tử.
“Như ta đã biết, tần suất tương tác giữa các hạt cho thấy rằng vật chất sẽ không dễ dàng gì sụp đổ thành lỗ đen”, Denton cho biết. “Nhưng, nếu có một khu vực tối cùng với vật chất tối siêu nhẹ thì vũ trụ sơ khai có thể đã có đủ điều kiện thích hợp cho một dạng sụp đổ rất hiệu quả.”
Sự sụp đổ của vật chất tối siêu nhẹ đó sẽ trở thành một sự chuyển pha tương tự như khi nước sôi hóa thành hơi nước, nhưng ở trường hợp này thì ngược lại và ở quy mô vũ trụ - và việc giải thích làm thế nào mà các lỗ đen siêu nặng có thể gia tăng kích cỡ nhanh chóng như vậy thì thật kịch tính.
Hầu hết mọi lỗ đen hình thành khi một ngôi sao sụp đổ, sau đó lỗ đen sẽ gia tăng khối lượng của mình theo thời gian nhờ vào việc thu gom vật chất rơi vào trong nó hoặc từ vụ va chạm với các lỗ đen khác.
Nhưng các lỗ đen siêu nặng, có khối lượng gấp hàng triệu hoặc hàng tỷ lần so với khối lượng của các lỗ đen thông thường thì có kích cỡ quá lớn tới nỗi không thể hình thành theo những cách đó được, vì các nhà khoa học tin rằng những con quái vật khổng lồ này ra đời từ giai đoạn rất sớm trong lịch sử vũ trụ của chúng ta, và điều này sẽ khiến chúng không có đủ thời gian để có được khối lượng lớn như vậy. Nhưng mô hình của nhóm Brookhaven về sự sụp đổ của vật chất tối siêu nhẹ có thể cung cấp một lời giải thích tiềm năng và một tín hiệu để tìm kiếm.
“Những vụ sụp đổ này thực sự rất quan trọng vì chúng phát ra sóng hấp dẫn”, Denton cho biết. “Những sóng đó có hình dạng đặc trưng, vì vậy chúng tôi có thể đưa ra dự đoán cho tín hiệu đó và dải tần số ước tính của nó.”
Denton cho rằng công nghệ hiện tại thì không đủ độ nhạy để có thể phát hiện được tín hiệu đó nhưng trong tương lai, các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến mô hình của mình.
Một bài báo mô tả lý thuyết này đã được công bố trên Physical Review Letters (một loại tạp chí hàng đầu về lĩnh vực vật lý) vào ngày 23 tháng 2.
Hồng Anh
Theo Livescience
