Vật chất tối siêu nhẹ có thể đã giúp các hố đen khổng lồ hình thành trong vũ trụ sơ khai

Trong bài nghiên cứu mới, Hao Jiao từ Đại học McGill ở Quebec cùng đồng nghiệp đã đề xuất rằng vật chất tối có thể đã trợ giúp trong việc hình thành các hố đen khổng lồ rất sớm trong vũ trụ. Các quan sát ngày càng cho thấy sự xuất hiện của những hố đen có khối lượng bằng hàng tỷ lần mặt trời chỉ vài trăm triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, khi mà các ngôi sao đầu tiên chưa kịp hình thành và chết đi. Điểm mấu chốt của lý thuyết này là sử dụng vật chất tối siêu nhẹ, nhẹ hơn rất nhiều lần so với neutrino - hạt nhẹ nhất từng được biết đến. Điều này biến vật chất tối thành một dạng không liền rít mà giống như một đại dương với khả năng tạo ra các sóng bí hiểm.

Nghiên cứu này cho rằng vật chất tối không chỉ tồn tại mà có khả năng chuyển hóa thành photon, từ đó ngăn chặn sự hình thành của phân tử hydro - yếu tố chính gây ra sự vỡ nhỏ đám mây khí và không cho chúng sụp đổ thành hố đen. Để đạt được điều này, đã tồn tại một cơ chế cộng hưởng, nơi các sóng trong đại dương vật chất tối và đám mây khí liên tục tự khuếch đại năng lượng của chúng. Khi các vùng này đạt được mật độ tối cao, năng lượng được chuyển hoá thành ánh sáng trước khi các ngôi sao đầu tiên xuất hiện.

Một thách thức của mô hình này là năng lượng photon ban đầu quá thấp để phá vỡ phân tử hydro. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã đưa ra hai khả năng giải quyết: quá trình nhiệt hóa, nơi mà photon năng lượng thấp làm nóng khí xung quanh để tạo ra bức xạ hạ tầng cần thiết, và hiện tượng xoáy tít trong các đám mây khí, nơi mà các nhiễu động nhỏ có thể khuếch đại thành dạng lớn. Cả hai đều có khả năng tạo ra năng lượng cao cần thiết phá vỡ phân tử hydro.

Mặc dù ý tưởng này mang tính đột phá, các nhà khoa học vẫn cần tiến hành nhiều mô phỏng thực tế hơn về vũ trụ sơ khai để xem xét khả năng tồn tại của nó. Paul Sutter, một nhà vật lý thiên văn tham gia nghiên cứu, nhận thấy rằng trong khi nghiên cứu còn sơ khởi, nó đã mang lại nhiều kết quả khả quan trong các mô hình ban đầu của họ. Nếu thành công, phát hiện này có thể mở ra một cách nhìn mới về cách vũ trụ và các hố đen khổng lồ đã phát triển từ những năm đầu tiên.

Ngoài nhóm nghiên cứu của Hao Jiao, một số nhà khoa học khác cũng đang xem xét vai trò của vật chất tối trong sự phát triển của các hố đen từ thời kỳ đầu của vũ trụ. Điều này có thể gây ra nhiều tranh luận và mở rộng thêm các nghiên cứu trong thời gian tới. Vật chất tối siêu nhẹ có thể trở thành một yếu tố quan trọng trong việc tìm hiểu câu hỏi lớn về nguồn gốc của các hố đen khổng lồ và cấu trúc của vũ trụ.

Nguồn: Paul M. Sutter, Hao Jiao, NASA, James Webb Space Telescope, McGill University