Sao đen là gì? Bạn biết gì về những ngôi sao đen trong vũ trụ

Khi nói đến các chủ đề về thiên văn học, chúng ta thường nghe nhiều về các hành tinh, thiên hà, sao lùn, hố đen, hay một số khái niệm gặp thường gặp khác, mà đôi khi bỏ quên mất một thiên thể có tầm ảnh hưởng vào loại bậc nhất trong vũ trụ: Những ngôi sao đen (Dark Star).

Theo suy đoán của các nhà nghiên cứu thiên văn, sao đen có thể là những ngôi sao lớn nhất của vũ trụ, đã từng tỏa sáng lấp lánh từ rất lâu trước khi các ngôi sao sáng - ít nhất là như chúng ta nhìn thấy bây giờ - xuất hiện.

Vậy tại sao ngày nay không có quá nhiều bằng chứng về chúng? Câu trả lời rất đơn giản: Chúng có thể đã mờ dần thành màu đen, như các hố đen khổng lồ. Đây chính là lý thuyết được nhà vật lý thiên văn Katherine Freese của Đại học Michigan (Mỹ) đưa ra gần đây trong một cuộc phỏng vấn với Astronomy, và đang nhận được nhiều ý kiến đồng tình từ giới khoa học.

Freese cho rằng các ngôi sao đen thực sự là hạt giống của những lỗ đen siêu lớn ẩn náu trong lòng mọi thiên hà. Rốt cuộc, ngay cả những vùng không gian bị bẻ cong thời gian, ánh sáng lơ lửng cũng phải phát triển từ một thứ gì đó - rất có thể là một ngôi sao đen.

Trên thực tế, có sự thay thế về lý thuyết của sao đen cho khái niệm lỗ đen từ thuyết tương đối rộng. Một ngôi sao đen không cần phải có chân trời sự kiện và có thể hoặc không phải là một giai đoạn chuyển tiếp giữa một ngôi sao sụp đổ và một điểm kỳ dị không-thời gian. Nhưng làm thế nào từ một thiên thể sáng, chúng lại chuyển sang màu đen kỳ bí như vậy?

Các ngôi sao mà chúng ta thấy ngày nay đều tuân theo cùng một quy luật chung của phản ứng tổng hợp hạt nhân. Khối lượng tuyệt đối của một ngôi sao có nghĩa là nó luôn trong trạng thái tự sụp đổ. Nhưng áp suất tác động liên tục lên lõi của nó cũng tạo ra năng lượng tỏa ra bên ngoài. Kết quả là sự cân bằng hoàn hảo giữa bức xạ kéo vào trong và đẩy ra ngoài giúp ngôi sao tồn tại. Mặt trời của chúng ta chính là ví dụ điển hình về một ngôi sao đã đạt đến trạng thái cân bằng hoàn hảo đó.

Tuy nhiên, cơ chế này trên những ngôi sao đen lại hơi khác một chút, và theo giải thích của Katherine Freese thì:

Khoảng 13 tỷ năm trước, khi các ngôi sao đen hình thành, vũ trụ là một nơi rất khác, và dày đặc hơn nhiều. Chúng có khả năng kết hợp vật chất tối trong chính cấu trúc của mình, ở dạng các hạt khối lượng lớn tương tác yếu (Weakly Interacting Massive Particles - WIMP).

Ngay cả khi chi tồn tại với một lượng rất nhỏ, vật chất tối vẫn có thể giữ cho một ngôi sao ở trạng thái cân bằng trong một ít nhất tỷ năm nhờ quá trình độc đáo được gọi là hủy diệt vật chất tối.

Nói cách khác, vật chất tối mang lại cho một ngôi sao đen siêu năng lực đặc biệt: Cho phép nó có thể nở rộng và tỏa ra năng lượng mà không cần phải dựa vào một “vũ điệu tinh tế” được gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân như những ngôi sao bình thường. Ngoài ra, quá trình này cũng sẽ giải phóng một ngôi sao tối ra khỏi lõi của nó, cho phép nó vươn ra bên ngoài và, bất chấp tên gọi của mình - trở nên sáng hơn và lớn hơn nhiều.

"Chúng có thể tiếp tục phát triển miễn là có nhiên liệu vật chất tối. Chúng tôi giả định rằng chúng có thể có khối lượng gấp 10 triệu lần Mặt trời và sáng gấp 10 tỷ lần Mặt trời, nhưng chúng tôi không thực sự chắc chắn, về nguyên tắc là không có giới hạn".

Vè theo Freese, vào một thời điểm nào đó, một ngôi sao có khối lượng lớn như vậy sẽ phải sụp đổ, trở thành một ngôi sao đen. Khi đó, nó sẽ trở nên rất tối, vì hầu như tất cả ánh sáng được tạo ra sẽ bị hút trở lại ngôi sao, và mọi ánh sáng thoát ra sẽ bị dịch chuyển nghiêm trọng. Nó sẽ xuất hiện gần chính xác như một lỗ đen siêu lớn.

Trong tương lai, nghiên cứu về sao đen sẽ là một trong những khía cạnh nhận được sự quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực thiên văn học, với sự giúp sức bởi những tiến bộ vượt bậc của khoa học công nghệ như Trí tuệ nhân tạo (AI) và các hệ thống kính thiên văn siêu hiện đại như James Webb...