Lỗ đen hình thành từ đâu

Một ngôi sao tồn tại nhờ sự cân bằng: năng lượng từ các phản ứng trong lõi đẩy vật chất ra ngoài, còn lực hấp dẫn của chính nó kéo vào trong. Khi còn nhiên liệu, sự cân bằng vẫn được duy trì. Khi các phản ứng dừng lại, áp suất hướng ra ngoài biến mất.

Cuối cùng còn lại gì phụ thuộc vào khối lượng. Với các ngôi sao nhẹ, đó là một khối cầu đặc đang nguội dần. Với những ngôi sao nặng hơn, đó là một vật thể tạo thành từ vật chất có mật độ không thể tưởng tượng nổi. Chỉ ở những ngôi sao có khối lượng lớn nhất, sự sụp đổ mới không bị bất cứ điều gì ngăn lại.

Ranh giới giữa kết cục thứ hai và thứ ba khá hẹp, và hiện chỉ được xác định một cách gần đúng. Vì vậy, những vật thể ở gần ranh giới này rất đáng quan tâm: chúng giúp các nhà khoa học xác định chính xác nơi vật chất không còn chống lại được lực hấp dẫn của chính nó.

Lớp vỏ bị thổi ra hiện lên như một tia sáng lóe, sáng ngang cả một thiên hà. Phần lớn chúng ta biết một vụ sụp đổ đã xảy ra ở đâu đó chính là nhờ những tia sáng lóe này, còn vật thể sót lại thì không phát ra ánh sáng.

Khoảng cách này rất lớn, và khó có thể giải thích chỉ bằng việc tích tụ vật chất đơn giản. Vật chất chỉ có thể bị hấp thụ đến một giới hạn: bức xạ từ khí đang rơi vào đẩy phần khí tiếp theo ra xa, khiến tốc độ tăng trưởng chạm trần.

Các quan sát về vũ trụ sơ khai khiến vấn đề trở nên nan giải hơn. Chúng cho thấy những vật thể khổng lồ đã tồn tại từ vài trăm triệu năm đầu tiên. Rõ ràng khoảng thời gian đó không đủ để chúng lớn dần từ kích thước sao.

Từ đó xuất hiện một số giả thuyết về các hạt giống của chúng: những đám mây khí khổng lồ sụp đổ trực tiếp mà không trải qua giai đoạn hình thành sao, nhiều vật thể hợp nhất trong các cụm dày đặc, hoặc những ngôi sao đầu tiên có khối lượng lớn bất thường. Chưa giả thuyết nào được công nhận là đáp án cuối cùng.

Các quan sát về những vụ hợp nhất giúp ích rất nhiều. Những tín hiệu bùng phát được các máy dò dao động của không gian và thời gian ghi nhận đã cho thấy các vật thể có khối lượng trung gian, đúng vào khoảng kích thước trước đây hầu như chưa được tìm thấy.

Còn một con đường thứ ba, gần đây đã được xác nhận: sự hợp nhất. Hai lỗ đen quay quanh nhau cuối cùng sẽ hợp nhất thành một, và sự kiện này được phát hiện qua các dao động của không gian và thời gian, chứ không phải qua ánh sáng.