Sử dụng không phải một mà là hai kính viễn vọng không gian mạnh mẽ của NASA, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một lỗ đen xa nhất trong lịch sử từ trước đến nay bằng tia X.

Lỗ đen này đang ở giai đoạn phát triển ban đầu chưa từng được chứng kiến trước đây, với khối lượng khổng lồ, tương đương với thiên hà chủ của nó. Kết quả này có thể giải thích cách một số lỗ đen siêu lớn đầu tiên trong vũ trụ hình thành.

Cụ thể, NASA cho biết, bằng cách kết hợp dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra và Kính viễn vọng Không gian James Webb (đều thuộc NASA), một nhóm các nhà nghiên cứu đã tìm ra dấu hiệu nhận biết về một lỗ đen đang phát triển chỉ 470 triệu năm sau Vụ nổ lớn - khi vũ trụ chỉ bằng 3% so với tuổi hiện tại.

Nhà vật lý thiên văn Akos Bogdan thuộc Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard & Smithsonian cho biết: "Chúng tôi cần Kính James Webb để tìm ra thiên hà xa xôi này và Đài quan sát tia X Chandra để tìm ra lỗ đen siêu lớn của nó". 

"Đây là lần đầu tiên chúng tôi nhìn thấy một lỗ đen siêu lớn, nặng bằng các ngôi sao trong thiên hà của nó cộng lại. Chúng tôi cũng đã tận dụng công nghệ tân tiến của "kính lúp vũ trụ" để tìm ra lỗ đen siêu xa này" - Akos Bogdan nhận định" - Trưởng nhóm nghiên cứu Akos Bogdan viết trên tạp chí Nature Astronomy.

Akos Bogdan và nhóm của ông đã tìm thấy lỗ đen trong thiên hà có tên UHZ1 theo hướng cụm thiên hà Abell 2744, nằm cách Trái đất 3,5 tỷ năm ánh sáng. Tuy nhiên, dữ liệu James Webb đã tiết lộ thiên hà này ở xa hơn nhiều so với cụm sao, cách Trái đất 13,2 tỷ năm ánh sáng - thời điểm khi vũ trụ chỉ bằng 3% so với tuổi hiện tại.

Sau đó, các nhà khoa học đã dành hơn hai tuần quan sát với Đài quan sát tia X Chandra cho thấy sự hiện diện của khí phát ra tia X cường độ cao, siêu nhiệt trong thiên hà này - dấu hiệu đặc trưng cho một lỗ đen siêu lớn đang phát triển. Ánh sáng từ thiên hà và tia X từ khí xung quanh lỗ đen siêu lớn của nó được thấu kính của James Webb phóng đại lên khoảng 4 lần.

Bí ẩn xung quanh việc lỗ đen hình thành và phát triển 

Khám phá này rất quan trọng để hiểu làm thế nào một số lỗ đen siêu lớn có thể đạt khối lượng khổng lồ ngay sau Vụ nổ lớn. Bởi lâu nay, lỗ đen là "quái vật vũ trụ" khổng lồ chứa đầy bí ẩn với con người.

Các nhà thiên văn học tin rằng các lỗ đen được hình thành trong vòng một tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn - Big Bang.

Hầu hết các thiên hà đều có một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm, nhưng làm thế nào chúng bắt đầu hình thành và đạt khối lượng khổng lồ ngay sau Vụ nổ lớn vẫn chưa được con người khám phá ra.

"Có những giới hạn vật lý về tốc độ phát triển của các lỗ đen sau khi chúng hình thành, nhưng những lỗ đen sinh ra có khối lượng lớn hơn sẽ có khởi đầu thuận lợi hơn. Việc này giống như việc trồng một cây non, mất ít thời gian hơn để phát triển thành một cây có kích thước đầy đủ so với việc ươm mầm hạt giống" - Đồng tác giả nghiên cứu Andy Goulding của Đại học Princeton (Mỹ) cho biết.

Các nhà thiên văn học sử dụng khối lượng Mặt trời của chúng ta làm thước đo cho các lỗ đen. Khối lượng của lỗ đen thường được gọi là "khối lượng Mặt trời" (Solar mass). Và khối lượng Mặt trời được hiểu là khối lượng Mặt trời của chúng ta.

Nhóm của Akos Bogdan đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục cho thấy lỗ đen mới được phát hiện có khối lượng khổng lồ ngày từ khi sinh ra. Khối lượng của nó được ước tính vào khoảng từ 10 đến 100 triệu Mặt trời, dựa trên độ sáng và năng lượng của tia X. 

Phạm vi khối lượng này tương tự như phạm vi khối lượng của tất cả các ngôi sao trong thiên hà nơi nó sinh sống, trái ngược hoàn toàn với các lỗ đen ở trung tâm các thiên hà trong vũ trụ gần đó - thường chỉ chứa khoảng 1/10 khối lượng của các ngôi sao của thiên hà chủ.

Phát hiện này phù hợp với lý thuyết năm 2017 của nhà thiên văn học Priyamvada Natarajan tại Đại học Yale về một "Hố đen ngoại cỡ" được hình thành trực tiếp từ sự sụp đổ của một đám mây khí khổng lồ.

Đây sẽ không phải là lần cuối cùng các nhà khoa học sử dụng Kính James Webb cho nghiên cứu các lỗ đen. Nhóm các nhà khoa học quốc tế có kế hoạch sử dụng nhiều dữ liệu hơn từ James Webb và các kính thiên văn khác để nghiên cứu sâu hơn về vũ trụ sơ khai, bao gồm cả các Thiên hà Lỗ đen Ngoại cỡ.