MoM-BH*-1: “ngôi sao hố đen” có thể đang ẩn mình trong vũ trụ sơ khai

Mô hình “ngôi sao hố đen” hoạt động thế nào?

Theo mô hình được đề xuất, ở trung tâm MoM-BH*-1 là một hố đen có khối lượng khoảng 100.000 lần Mặt Trời đang hút vật chất với tốc độ rất cao. Khí rơi vào giải phóng năng lượng hấp dẫn, làm nóng lớp khí dày đặc bao quanh. Lớp khí này hình thành một “quang cầu giả” có vẻ ngoài giống bề mặt sao, khiến toàn bộ hệ thống trông như một vật thể đỏ, nhỏ gọn nhưng phát sáng mạnh—dù nguồn năng lượng thực sự đến từ quá trình bồi tụ vật chất chứ không phải nhiệt hạch.

Các mô phỏng kết hợp hố đen đang bồi tụ với một lớp vỏ hydro dày đặc tái hiện độ sáng và màu sắc của MoM-BH*-1 tốt hơn lời giải thích dựa trên một ngôi sao đơn thuần. Theo các mô hình hiện có, lớp khí có thể trải rộng ở quy mô tương đương Hệ Mặt Trời, dù cấu trúc chính xác còn phụ thuộc vào từng mô hình.

Màu đỏ của nguồn sáng này cũng có thể do khí chứ không phải bụi. Bức xạ từ hố đen trung tâm bị lớp vật chất xung quanh hấp thụ, tán xạ rồi phát xạ lại. Quá trình đó làm ánh sáng thoát ra bị dịch về các bước sóng dài hơn, tức đỏ hơn.

Mối liên hệ với những “chấm đỏ nhỏ” của JWST

JWST đã phát hiện nhiều nguồn sáng nhỏ, đỏ và rất sáng trong vũ trụ sơ khai. Chúng thường được gọi là “little red dots”, hay “chấm đỏ nhỏ”. Vì có kích thước biểu kiến nhỏ và quang phổ bất thường, bản chất của chúng vẫn khó xác định.

MoM-BH*-1 đặc biệt đáng chú ý vì bức xạ do hố đen—nếu cách giải thích này đúng—có thể lấn át ánh sáng từ thiên hà chủ, giúp các nhà thiên văn nghiên cứu cơ chế phát sáng dễ hơn. Nếu những hệ thống bồi tụ bị bao phủ bởi khí cũng xuất hiện trong các thiên hà trẻ, nhiều “chấm đỏ nhỏ” mờ hơn có thể là những vật thể tương tự nằm bên trong các thiên hà đó.

Theo kịch bản này, các chấm đỏ nhỏ không nhất thiết đại diện cho một quần thể sao thông thường. Chúng có thể là những hố đen đang lớn nhanh, bị bao bọc bởi các “kén” khí dày đặc khiến chúng mang diện mạo giống sao trong các quan sát hồng ngoại.

Mô hình này còn liên quan đến câu hỏi làm thế nào những hố đen khối lượng cực lớn có thể hình thành sớm đến vậy trong lịch sử vũ trụ. Một lớp khí dày có thể tạo điều kiện để hố đen mầm bồi tụ vật chất nhanh chóng, dù riêng MoM-BH*-1 chưa thể cho biết toàn bộ quá trình phát triển dẫn đến các hố đen siêu khối lượng về sau.

Vì sao vật thể có thể không phát ra tia X rõ rệt?

Một hố đen đang bồi tụ nhưng tương đối không bị che khuất thường được kỳ vọng phát ra bức xạ năng lượng cao mạnh, trong đó có tia X. Tuy nhiên, lớp khí dày bao quanh sẽ thay đổi lượng bức xạ có thể thoát ra ngoài.

Tia X sinh ra gần hố đen có thể bị hấp thụ hoặc tán xạ nhiều lần bên trong lớp vỏ khí. Một phần năng lượng của chúng sau đó được chuyển thành bức xạ có năng lượng thấp hơn, ở vùng tử ngoại và hồng ngoại.

Cơ chế này đưa ra lời giải thích hợp lý cho việc MoM-BH*-1 và những “chấm đỏ nhỏ” tương tự có thể rất sáng trong các quan sát hồng ngoại của JWST nhưng lại yếu hoặc không được phát hiện ở tia X. Tuy nhiên, đây vẫn là cách diễn giải phù hợp với mô hình hố đen bị che phủ, chứ không phải phép đo trực tiếp chứng minh mọi photon tia X bị thiếu đều đã được lớp khí tái xử lý.

Vì sao “ngôi sao hố đen” chưa phải một phân loại đã được xác nhận?

Kết luận về MoM-BH*-1 vẫn dựa trên bằng chứng gián tiếp. JWST đã đo ánh sáng và quang phổ của nguồn này, nhưng chưa chụp trực tiếp được một hố đen bên trong lớp khí. Quang phổ hiện tại cũng chưa có một dấu hiệu đơn nhất đủ sức loại trừ hoàn toàn mọi cách giải thích thay thế.

Các khả năng khác—chẳng hạn sự kết hợp giữa một thiên hà nhỏ gọn, khí bất thường, bụi, các quần thể sao và hoạt động hố đen bị che khuất—vẫn cần được kiểm tra bằng dữ liệu quan sát. Vì vậy, “lời giải thích tốt nhất hiện nay” không đồng nghĩa với “đã xác định chắc chắn”.

Những quan sát JWST tiếp theo có thể tìm kiếm các dấu hiệu quang phổ mà mô hình dự đoán, giới hạn mật độ và thành phần khí, đo chính xác hơn kích thước nguồn, kiểm tra sự biến thiên độ sáng và so sánh MoM-BH*-1 với một mẫu lớn hơn gồm các chấm đỏ nhỏ. Các phép thử này sẽ cho biết đây là một vật thể chuyển tiếp hiếm gặp hay là đại diện cho một quần thể hố đen bị bao bọc bởi khí trong thời kỳ bình minh vũ trụ.

Kết luận

MoM-BH*-1 hiện được hiểu hợp lý nhất như một ứng viên “ngôi sao hố đen”: một hố đen nặng khoảng 100.000 lần Mặt Trời, đang nhanh chóng hút vật chất và được bao quanh bởi lớp hydro dày đặc khiến nó phát sáng như một ngôi sao đỏ khổng lồ. Độ sáng cực đoan cùng các đặc điểm Balmer bất thường ủng hộ cách giải thích này, trong khi lớp khí bao quanh có thể giải thích màu đỏ và tín hiệu tia X yếu của nguồn sáng. Dù vậy, đây vẫn là một suy luận dựa trên mô hình, chưa phải sự xác nhận về một lớp thiên thể mới.