Hố đen hay sao hố đen? Giới thiệu thiên văn tranh luận về những 'chấm đỏ nhỏ' của kính Webb

Kính viễn vọng Không gian James Webb đã phát hiện vô số "chấm đỏ nhỏ" bí ẩn rải rác khắp vũ trụ. Một giả thuyết mới táo bạo cho rằng chúng thực chất là những ngôi sao khổng lồ với hố đen ẩn sâu bên trong lõi. Tuy nhiên, giới thiên văn học vẫn đang chia rẽ sâu sắc về bản chất thực sự của những vật thể kỳ lạ này.

Minh họa nghệ thuật về sao hố đen

Những chấm đỏ nhỏ xuất hiện khắp nơi

Các nhà thiên văn xây dựng kính viễn vọng James Webb nhằm thu nhận ánh sáng yếu ớt từ tỷ năm đầu tiên sau vụ nổ Big Bang — giai đoạn hỗn loạn khi những khối khí hydro và heli khổng lồ tụ lại thành các chuỗi thiên hà ngày nay. Ngay trong những bức ảnh đầu tiên, họ đã thấy cả một sở thú gồm đủ loại vệt sáng bí ẩn.

Một nhóm vật thể tỏ ra đặc biệt khó giải thích. Chúng sáng chói lòa, phát ra ánh sáng đỏ với bước sóng dài và rực rỡ chẳng kém gì cả một thiên hà. Chúng lại rất nhỏ, chỉ chiếm một điểm ảnh. Và chúng xuất hiện ở khắp mọi nơi — gần như mỗi bức ảnh Webb chụp đều có vài chấm. Năm 2023, các nhà nghiên cứu bắt đầu gọi chúng là "chấm đỏ nhỏ".

Ban đầu, họ nghĩ những chấm này trông giống các thiên hà. Về sau, họ kết luận chúng giống những hố đen siêu khối nằm ở trung tâm hầu hết thiên hà hơn. Những khối lượng khổng lồ này tự chúng thì tối, nhưng lực hấp dẫn dữ dội của chúng hút mạnh khí và vật chất xung quanh, tạo ra những vòng vật chất nóng quay cuồng lấn át cả ánh sáng của các ngôi sao xung quanh.

Bước ngoặt năm 2025

Mùa xuân năm 2025, hai nhóm thiên văn đồng thời công bố quan sát hai chấm đỏ nhỏ không giống bất kỳ chấm nào khác — thậm chí không giống bất kỳ vật thể nào từng được thấy.

"Trong hàng triệu quan sát chúng tôi thực hiện bằng kính viễn vọng trên mặt đất, không có gì trông giống những nguồn này cả", Anna de Graaff, nhà nghiên cứu tại Viện Thiên văn Max Planck ở Heidelberg (Đức), trưởng một nhóm, cho biết.

Hai nhóm đề xuất rằng họ đang nhìn thấy một loại vật thể thiên văn mới: một khối hydro đảo ngược tỏa sáng bằng ánh sáng của hàng tỷ Mặt Trời, đồng thời che giấu một hố đen sâu trong lõi. Họ gọi đó là sao hố đen (black hole star).

Điều khiến hai chấm đỏ này đặc biệt là mức độ "đỏ" của chúng. Webb hầu như không thu được ánh sáng ở các sắc thái xanh hơn trong quang phổ. Ở một sắc đỏ cụ thể, màu sắc đột ngột sáng hơn rất nhiều. Đặc điểm này gọi là bước nhảy Balmer — thứ bạn thấy khi nhìn vào một quả cầu hydro nóng, điển hình là một số loại sao hoặc thiên hà.

De Graaff và Rohan Naidu (Đại học Hawaii) kết luận họ đang nhìn thấy ví dụ đầu tiên về một vật thể kết hợp sức mạnh của hố đen với vẻ ngoài của một ngôi sao.

Chân dung Anna de Graaff

Sao hố đen hoạt động ra sao?

Nhìn từ bên ngoài, một sao hố đen sẽ là khối hydro khổng lồ. Nếu thay Mặt Trời bằng nó, nó sẽ trải rộng ra xa gấp mười hai lần quỹ đạo của Diêm Vương Tinh. Ở gần rìa, ngôi sao sẽ sôi bất ổn, bong tróc các lớp ngoài và phun vật chất ra ngoài.

"Đó sẽ là một hệ thống rất hỗn loạn, nơi vật chất bị thổi ra rồi lại rơi trở vào", de Graaff nói. "Tôi không muốn đến quá gần đâu."

Sâu trong tâm, vô hình với thế giới bên ngoài, ngôi sao được vận hành bởi một hố đen. Hố đen này hút khí xung quanh, nung nóng cực mạnh và đẩy ánh sáng cùng năng lượng ra ngoài, giữ cho các lớp hydro bên ngoài không sụp vào trong. Theo cách này, hố đen trở thành "động cơ" của ngôi sao, tương tự lõi phản ứng nhiệt hạch của Mặt Trời.

"Chúng ta đang nhìn thấy hạt giống", Naidu nói. "Đây là sự ra đời của tiềm năng mọi hố đen khối lượng lớn trong vũ trụ."

Giả thuyết này thậm chí giải thích được hai bí ẩn của các chấm đỏ nhỏ khác: lớp khí "kén" sẽ chặn tia X, và khí sẽ không nhấp nháy nhiều.

Phản biện từ phe hố đen truyền thống

Tuy nhiên, không phải ai cũng đồng tình. Nhiều nhà thiên văn vẫn cho rằng các chấm đỏ nhỏ, kể cả hai cái mới, chỉ là hố đen hấp thụ vật chất thông thường.

Roberto Maiolino (Đại học Cambridge) phản biện từng điểm một. Thiếu nhấp nháy ư? Trong vũ trụ sơ khai, hố đen có thể có nguồn thức ăn ổn định hơn nên ăn uống "ngăn nắp" hơn. Thiếu tia X ư? Hố đen thiên hà tiêu chuẩn thường được bao quanh bởi một vòng bánh donut khí và bụi dày, có thể chặn phần lớn tia X.

"Trường đã trở nên rất phân cực", Anna-Christina Eilers, nhà vật lý thiên văn tại MIT, nhận xét.

Maiolino và cộng sự Piero Madau lập luận rằng màu đỏ của các chấm chủ yếu đến từ góc nhìn. Những chấm đỏ nhất là những cái ta tình cờ nhìn từ cạnh, khi vòng khí che khuất tầm nhìn. Webb cũng thấy một số "chấm xanh nhỏ" — có thể chính là những hố đen lộ ra, nhìn từ trên xuống.

Ở giai đoạn này, cả hai lý thuyết đều có thể khớp với những gì Webb đã thấy.

Sự trở lại của 'chuẩn sao'

Trong vài năm qua, Mitchell Begelman (Đại học Colorado Boulder) nhận ra trong những vật thể bí ẩn này một bóng ma từ quá khứ của ông: chuẩn sao (quasi-star). Ông đề xuất khái niệm này từ năm 2006 để giải thích những hố đen có khối lượng dường như bất khả thi.

Lý thuyết chuẩn sao đưa ra một cách tạo ra sao hố đen: lõi của một đám mây khí khổng lồ sụp đổ để trực tiếp hình thành hố đen, rồi tập hợp phần còn lại của đám mây quanh nó.

Mauro Giavalisco (Đại học Massachusetts Amherst) chỉ ra rằng Mặt Trời của chúng ta cũng làm trò tương tự, chỉ ở quy mô nhỏ hơn nhiều: "Chúng ta có hàng tỷ tỷ quả bom hydro nổ mỗi giây, vậy mà ta không thấy quả nào cả."

Bằng chứng đang nghiêng về đâu?

Các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm một dấu hiệu phân biệt khác: nếu các chấm đỏ nhỏ là sao hố đen hình thành trong vũ trụ sơ khai, thì theo thời gian chúng phải trở nên hiếm hơn, khi mỗi cái thoát khỏi lớp vỏ và lộ ra hố đen bên trong.

Trong một cuộc khảo sát tháng 8 năm 2026, Dale Kocevski (Đại học Colby) và cộng sự đã tìm thấy đúng mô hình đó. Khi vũ trụ tiến gần đến 2-3 tỷ năm tuổi, các chấm đỏ nhỏ dường như biến mất — bằng chứng sơ bộ rằng chúng có thể thực sự là một giai đoạn giống như "tuổi dậy thì" của nhiều hố đen siêu khối.

Tuy nhiên, Kocevski vẫn chưa chắc chắn. Ông nghi ngờ vũ trụ là nơi hỗn độn, và một số chấm đỏ nhỏ thực sự giống sao như phe sao hố đen lập luận, số khác lại giống hố đen tiêu chuẩn hơn.

"Tôi có linh cảm rằng cả hai phe đều đúng", ông nói.