Lỗ đen siêu lớn BiRD được James Webb tiết lộ cách Trái đất 10 tỷ năm ánh sáng

Một nhóm các nhà thiên văn học từ Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia (INAF), ở Ý, đã công bố một khám phá hoành tráng được thực hiện bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). Đó là một lỗ đen siêu lớn, có biệt danh là BiRD (Great Red Dot), ánh sáng của nó đã di chuyển khoảng 10 tỷ năm để đến được với chúng ta, mang đến cái nhìn thoáng qua hiếm hoi về kỷ nguyên nguyên thủy của vũ trụ.

Vật thể vũ trụ này, với khối lượng ước tính gấp 100 triệu lần Mặt trời của chúng ta, được xác định là nguồn sáng điểm cực kỳ sáng trong các hình ảnh hồng ngoại được chụp bởi thiết bị NIRCam của kính thiên văn. Nằm trong vùng lân cận của chuẩn tinh J1030+0524, BiRD không có hồ sơ nào trong danh mục tia X hoặc vô tuyến trước đó, điều này nêu bật khả năng độc đáo của James Webb trong việc tiết lộ các hiện tượng vô hình trước đây.

Phát hiện này xảy ra vào thời điểm quan trọng đối với vũ trụ học, vì BiRD thuộc về một lớp vật thể bí ẩn có thể là chìa khóa để hiểu làm thế nào các lỗ đen siêu lớn phát triển nhanh đến vậy trong vũ trụ sơ khai. Sự tồn tại của nó trong thời kỳ được gọi là “buổi trưa vũ trụ”, khoảng 4 tỷ năm sau Vụ nổ lớn, cung cấp dữ liệu có giá trị về giai đoạn mạnh nhất của sự hình thành sao và thiên hà.

Công nghệ của James Webb đằng sau phát hiện này

Sự thành công của quan sát này phần lớn là nhờ thiết bị NIRCam (Camera cận hồng ngoại) của JWST, được thiết kế để thu ánh sáng trong phổ hồng ngoại. Khả năng này cho phép kính thiên văn xuyên qua các đám mây khí và bụi vũ trụ dày đặc che khuất nhiều sự kiện năng lượng nhất của vũ trụ, tiết lộ các cấu trúc vẫn còn ẩn giấu đối với các kính thiên văn hoạt động trong các dải quang phổ ánh sáng khác.

Khi phân tích trường xung quanh chuẩn tinh J1030+0524, BiRD ngay lập tức nổi bật như một ngoại lệ, một nguồn điểm có độ sáng đặc biệt không tương ứng với bất kỳ vật thể nào đã biết. Việc thiếu các phát hiện trước đó trong các cuộc khảo sát bằng tia X và vô tuyến đã xác nhận rằng đó là một hiện tượng khác biệt, bản chất của nó chỉ có thể được tiết lộ nhờ độ nhạy chưa từng có của James Webb trong vùng hồng ngoại.

Bí ẩn những ‘chấm đỏ nhỏ’ trong vũ trụ

Kể từ khi bắt đầu hoạt động vào năm 2022, JWST đã tiết lộ một loại vật thể bí ẩn mới, được mệnh danh là “các chấm đỏ nhỏ” hay LRD. Những vật thể này xuất hiện dưới dạng những mảng nhỏ, màu đỏ trong ảnh trường sâu và thách thức các lý thuyết thông thường về sự hình thành của lỗ đen và thiên hà, chủ yếu là do chúng không phát ra tia X cường độ cao như mong đợi từ việc nuôi dưỡng các lỗ đen.

Giả thuyết hàng đầu đang tìm cách giải thích bản chất của LRD cho thấy chúng là “hạt giống” của các lỗ đen siêu lớn trong tương lai. Những vật thể này sẽ được bọc trong một cái kén khí và bụi dày, một loại vỏ hấp thụ hầu hết mọi bức xạ năng lượng cao, chẳng hạn như tia X, nhưng cho phép ánh sáng hồng ngoại, có bước sóng dài hơn, thoát ra và bị James Webb phát hiện.

Toàn bộ tin tức: Vietnamita News

Lớp vật liệu khó hiểu này sẽ giải thích sự bí ẩn về sự xuất hiện của nó. Trong khi lỗ đen trung tâm ngấu nghiến vật chất xung quanh nó, năng lượng giải phóng được “lọc” bởi lớp vỏ, khiến vật thể thực tế vô hình trước các đài quan sát tia X. Do đó, những gì JWST nhìn thấy là ánh sáng hồng ngoại do bụi nóng phát ra, khiến nó có màu đỏ đặc trưng.

Tuy nhiên, BiRD nổi bật trong số các LRD vì độ sáng vượt trội của nó. Các nhà khoa học tin rằng nó có thể đại diện cho một giai đoạn phát triển cực nhanh, thoáng qua, thời điểm mà lỗ đen đang tích lũy khối lượng với tốc độ đặc biệt. Điều này khiến nó trở thành một phòng thí nghiệm vũ trụ hoàn hảo để nghiên cứu các cơ chế cho phép hình thành những người khổng lồ vũ trụ trong một khoảng thời gian ngắn.

Phân tích quang phổ cho thấy danh tính của BiRD

Để xác nhận bản chất của BiRD, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích chi tiết quang phổ ánh sáng của nó. Kết quả cho thấy các vạch hấp thụ mạnh của hydro bị ion hóa, đặc biệt là vạch gamma Paschen, cũng như các dấu hiệu của helium. Những điểm đánh dấu quang phổ này rất quan trọng vì chúng cho phép bạn tính toán chính xác khoảng cách của vật thể và ước tính các đặc tính vật lý của nó, chẳng hạn như khối lượng.

Federica Loiacono, nhà nghiên cứu INAF và người đứng đầu nghiên cứu, giải thích rằng quang phổ thu được không tương thích với quang phổ của một ngôi sao thông thường. Các đặc điểm được quan sát, chẳng hạn như độ rộng của các vạch quang phổ và tính chất hóa học, rõ ràng chỉ ra một lỗ đen đang hoạt động, được bao quanh bởi khí mật độ cao và có dấu hiệu mạnh về gió hoặc dòng vật chất bị đẩy vào không gian.

Phân tích cũng cho thấy BiRD có những đặc điểm nổi bật với hai LRD khác đã được xác nhận, được gọi là “Rosetta Stone” (với độ dịch chuyển đỏ z ≈ 2,26) và RUBIES-BLAGN-1 (z ≈ 3,1). Sự giống nhau về khối lượng và đường helium của lỗ đen trung tâm cho thấy chúng tạo thành một họ vật thể hiếm, cung cấp nhiều ví dụ để kiểm tra các mô hình lý thuyết về tiến hóa vũ trụ.

Những đặc điểm riêng biệt tạo nên sự khác biệt của đối tượng

BiRD khác biệt với các LRD khác bởi độ sáng vượt trội và vị trí nổi bật của nó trong trường hình ảnh xung quanh chuẩn tinh J1030. Sự kết hợp này làm cho nó trở thành mục tiêu dễ tiếp cận hơn cho việc nghiên cứu chi tiết so với các chấm đỏ khác, thường mờ hơn và yêu cầu thời gian quan sát lâu hơn đáng kể. Phân tích ánh sáng của nó không chỉ tiết lộ thành phần của nó mà còn tiết lộ sự hiện diện của “dòng chảy ra”, tức là những dòng khí được đẩy ra ở tốc độ cao, một hiện tượng liên quan đến hoạt động ăn uống dữ dội của lỗ đen.

Sự vắng mặt hoàn toàn của phát xạ tia X củng cố mạnh mẽ cho lý thuyết đường bao dày đặc. Cái kén khí và bụi này dày đến mức nó hấp thụ toàn bộ bức xạ năng lượng cao được tạo ra gần chân trời sự kiện của lỗ đen. Đồng thời, độ rộng của các vạch trong quang phổ của nó cho thấy vật chất quay quanh lỗ đen với tốc độ chóng mặt, xác nhận sự hiện diện của một vật thể cực kỳ nặng và nhỏ gọn ở trung tâm của nó. Dấu hiệu kép này—độ sáng hồng ngoại cực mạnh và sự im lặng của tia X—cung cấp hồ sơ rõ ràng về một giai đoạn quan trọng và ngắn ngủi trong quá trình tiến hóa của một lỗ đen siêu lớn.

Ý nghĩa cho sự hình thành của những người khổng lồ vũ trụ

Việc phát hiện ra các vật thể như BiRD đang cách mạng hóa vật lý thiên văn ngoài thiên hà bằng cách thách thức các mô hình phát triển lỗ đen thông thường. Một trong những ẩn số lớn nhất trong vũ trụ học là làm thế nào những người khổng lồ vũ trụ này đạt được khối lượng gấp hàng tỷ lần Mặt trời trong vòng chưa đầy một tỷ năm sau Vụ nổ lớn. Các mô hình truyền thống, dựa trên sự phát triển dần dần từ tàn tích của các ngôi sao, không thể giải thích được khoảng thời gian này. Sự tồn tại của BiRD và các LRD khác hỗ trợ các lý thuyết thay thế, chẳng hạn như “sự sụp đổ trực tiếp”, trong đó các đám mây khí nguyên thủy khổng lồ sụp đổ trực tiếp để tạo thành “hạt giống” của các lỗ đen có khối lượng gấp hàng chục nghìn lần khối lượng mặt trời. Điểm khởi đầu mạnh mẽ hơn này sẽ cho phép tăng trưởng nhanh hơn thông qua việc sáp nhập với các lỗ đen khác và sự bồi tụ vật chất liên tục. BiRD, với khối lượng vốn đã rất lớn của nó trong buổi trưa vũ trụ, là minh chứng hoàn hảo cho con đường tiến hóa nhanh chóng này. Các ước tính về sự phong phú của LRD trong thời đại này cho thấy rằng đây không phải là một sự kiện biệt lập mà là một cơ chế phổ biến và hiệu quả đã giúp hình thành nên vũ trụ sơ khai.

Một chương mới trong hành trình khám phá buổi trưa vũ trụ

Kính viễn vọng Không gian James Webb được thiết kế đặc biệt để nhìn vào chiều sâu của thời gian và không gian, và những khám phá như của BiRD chứng tỏ rằng nó đang hoàn thành xuất sắc sứ mệnh của mình. Kính viễn vọng đã mở ra một cửa sổ mới vào “buổi trưa vũ trụ”, tiết lộ một vũ trụ năng động tràn ngập hoạt động mà trước đây hoàn toàn bị che khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta, bị bao phủ bởi những lớp bụi.

Dựa trên thành công này, các nhà khoa học có kế hoạch mở rộng tìm kiếm các LRD khác ở các vùng khác nhau trên bầu trời. Mục tiêu là xây dựng một mẫu có ý nghĩa thống kê về các vật thể này để lập bản đồ phân bố, hiểu tính chất của chúng và định lượng vai trò của chúng trong quá trình tiến hóa chung của lỗ đen và thiên hà trong các giai đoạn sớm nhất của lịch sử vũ trụ.

Xuất bản và hợp tác khoa học

Kết quả chi tiết của nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Thiên văn học & Vật lý thiên văn vào ngày 30 tháng 10 năm 2025. Nghiên cứu này minh họa cho sức mạnh của sự hợp tác quốc tế trong khoa học hiện đại, tích hợp dữ liệu từ JWST với thông tin từ các cuộc khảo sát lớn trước đó, như JADES và UNCOVER, để xây dựng một bức tranh đầy đủ và rõ ràng hơn về vũ trụ sơ khai.