Phát hiện 'ngôi sao hố đen' bí ẩn chưa từng thấy trong vũ trụ

(Ảnh: NASA/JPL-Caltech)

Các nhà thiên văn học vừa phát hiện một thiên thể đặc biệt mang những đặc điểm chưa từng được quan sát, có vẻ ngoài giống một ngôi sao nhưng nguồn năng lượng lại gần với một hố đen. Phát hiện này có thể giúp giải mã bí ẩn về những “chấm đỏ nhỏ” xuất hiện trong vũ trụ sơ khai.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature ngày 12/8, thiên thể có tên MoM-BH*-1 do Kính viễn vọng Không gian James Webb phát hiện. Thiên thể này có kích thước ước tính tương đương Hệ Mặt Trời nhưng phát ra lượng năng lượng lớn gấp khoảng 100 tỷ lần Mặt Trời.

Điều đáng chú ý là MoM-BH*-1 tồn tại vào khoảng 660 triệu năm sau Vụ nổ lớn (Big Bang), khi vũ trụ vẫn còn ở giai đoạn rất sơ khai. Với mức năng lượng khổng lồ như vậy, các nhà khoa học cho rằng không thể giải thích sự phát sáng của thiên thể này chỉ bằng phản ứng nhiệt hạch - quá trình tạo năng lượng diễn ra bên trong các ngôi sao như Mặt Trời.

Kể từ khi đi vào hoạt động năm 2022, James Webb đã liên tục phát hiện những vật thể cực sáng trong vũ trụ thời kỳ đầu. Do có kích thước nhỏ và ánh sáng đỏ đặc trưng, các nhà khoa học gọi chúng là “little red dots” (những chấm đỏ nhỏ). Nguồn gốc của những vật thể này đến nay vẫn là một trong những câu hỏi gây tranh luận nhiều nhất trong nghiên cứu vũ trụ thời kỳ đầu.

Ban đầu, nhóm nghiên cứu không tìm kiếm một “ngôi sao hố đen”, mà đang cố gắng giải thích một câu hỏi khác: tại sao James Webb lại có thể quan sát những thiên hà rất sáng và lớn khi vũ trụ còn quá trẻ, trong khi theo các mô hình trước đây, chúng được cho là chưa có đủ thời gian để phát triển đến kích thước như vậy.

Trong quá trình phân tích dữ liệu, các nhà khoa học phát hiện một “chấm đỏ nhỏ” đặc biệt. Họ ban đầu cho rằng màu đỏ của vật thể có thể là do bụi vũ trụ bao quanh, bởi bụi có thể làm thay đổi màu sắc ánh sáng phát ra từ các thiên thể.

Tuy nhiên, dữ liệu ở nhiều bước sóng khác nhau cho thấy một điều bất ngờ: ánh sáng của vật thể biến mất tại một số vùng nhất định. Điều này cho thấy hydro, chứ không phải bụi, là nguyên nhân khiến thiên thể có màu đỏ đặc trưng.

Tuy nhiên, phát hiện này vẫn chưa giải thích được câu hỏi quan trọng nhất: nguồn năng lượng nào khiến vật thể phát sáng mạnh đến vậy?

Từ các mô phỏng, nhóm nghiên cứu đưa ra lời giải thích phù hợp nhất: MoM-BH*-1 có thể là một hố đen nằm ở trung tâm, được bao quanh bởi một lớp khí cực dày. Cấu trúc này khiến toàn bộ thiên thể nhìn từ bên ngoài giống một ngôi sao. Tuy nhiên, thay vì được cung cấp năng lượng chủ yếu từ phản ứng nhiệt hạch như các ngôi sao thông thường, nó được tiếp năng lượng bởi hố đen ở trung tâm.

Các nhà khoa học gọi dạng thiên thể giả thuyết này là “black hole star” (ngôi sao hố đen). Tên MoM-BH*-1 cũng phản ánh cách gọi này, trong đó “BH” là viết tắt của “black hole” (hố đen), còn số “1” cho thấy nhóm nghiên cứu tin rằng có thể còn những thiên thể tương tự khác trong vũ trụ.

MoM-BH*-1 còn có một đặc điểm đặc biệt: ánh sáng từ “ngôi sao hố đen” mạnh đến mức lấn át hoàn toàn ánh sáng của thiên hà bao quanh. Nhờ vậy, các nhà thiên văn có thể quan sát gần như trực tiếp ánh sáng phát ra từ chính thiên thể này.

Hình mô phỏng "Ngôi sao hố đen". (Ảnh: Jose-Luis Olivares/MIT)

Phát hiện MoM-BH*-1 có thể mở ra hướng giải thích mới cho hàng loạt “chấm đỏ nhỏ” mà James Webb đang quan sát trong vũ trụ sơ khai. Theo nhóm nghiên cứu, nếu MoM-BH*-1 thực sự là đại diện cho một dạng thiên thể mới, nhiều “chấm đỏ nhỏ” khác cũng có thể là những “ngôi sao hố đen” tương tự.

Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn cần thêm những quan sát và dữ liệu để xác nhận giả thuyết này. Một câu hỏi lớn đang được đặt ra là liệu “ngôi sao hố đen” chỉ là một hiện tượng hiếm gặp hay từng tồn tại phổ biến trong vũ trụ sơ khai.

Nếu được xác nhận, MoM-BH*-1 có thể trở thành một mảnh ghép quan trọng giúp giới khoa học hiểu rõ hơn về sự hình thành và phát triển của những hố đen đầu tiên, đồng thời lý giải cách các thiên thể và thiên hà hình thành trong những giai đoạn đầu tiên của vũ trụ./.