Kính thiên văn James Webb phát hiện thể thiên văn lạ: Ngôi sao khổng lồ được "cấp điện" bởi lỗ đen

Các nhà thiên văn học sử dụng Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) của NASA đã xác định được một loại vật thể thiên văn chưa từng thấy trước đây: một "ngôi sao hố đen" - một đám mây khí khổng lồ rực sáng bao quanh một hố đen đang phát triển nhanh chóng.

Vật thể mang tên MoM-BH*-1 nằm trong chòm sao Cetus và được quan sát ở thời điểm khoảng 660 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Các nhà nghiên cứu cho biết nó kết hợp các đặc tính thường gắn liền với hai vật thể rất khác biệt: vẻ ngoài giống như sao của một khí quyển sao đặc và nguồn năng lượng khổng lồ phát ra từ một hố đen đang bồi tụ.

Phát hiện này cũng có thể giải thích một trong những bí ẩn đầu tiên đầy thú vị của JWST về vũ trụ sơ khai: quần thể các vật thể nhỏ gọn, mờ nhạt được gọi là "các chấm đỏ nhỏ" (little red dots).

Một hố đen ẩn mình bên trong lớp vỏ giống như sao

MoM-BH*-1 dường me không phải là một ngôi sao truyền thống chứa một hố đen. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu cho rằng nó có thể là một hố đen trẻ bị chôn vùi bên trong một lớp vỏ khí hydro cực kỳ đặc.

Hố đen trung tâm được ước tính có khối lượng gấp khoảng 100.000 lần Mặt Trời, trong khi lớp vỏ khí xung quanh có thể trải rộng đến quy mô của toàn bộ Hệ Mặt Trời của chúng ta. Lớp vỏ đó đóng vai trò quyết định tạo nên vẻ ngoài kỳ lạ của vật thể. Thông thường, một hố đen đang tích cực tiêu thụ vật chất sẽ tạo ra lượng năng lượng khổng lồ thông qua vật chất rơi vào đĩa bồi tụ.

Tuy nhiên, trong trường hợp này, lớp khí đặc bao quanh hố đen dường như hấp thụ và xử lý lại phần lớn bức xạ đó, tạo ra một quang cầu giả một cách hiệu quả. Một bề mặt khiến vật thể trông giống một ngôi sao khổng lồ hơn. Kết quả là một vật thể nhìn từ bên ngoài trông giống như một ngôi sao, nhưng lại được tiếp năng lượng bởi một hố đen chứ không phải phản ứng nhiệt hạch.

JWST đã phát hiện ra điều gì đó không bình thường

Các nhà nghiên cứu bắt gặp MoM-BH*-1 khi đang tìm kiếm các thiên hà cực kỳ xa xôi trong dữ liệu quan sát của JWST. Điều ban đầu thu hút sự chú ý của họ là một điểm sáng màu đỏ rực rỡ khác thường. Quang phổ của nó chứa một cú nhảy Balmer cực kỳ mạnh, một sự thay đổi đột ngột về độ sáng tại các bước sóng cụ thể gắn liền với việc hydro hấp thụ ánh sáng.

Những đặc điểm như vậy có thể xuất hiện trong khí quyển của các ngôi sao, nhưng cú nhảy thấy ở MoM-BH*-1 mạnh hơn nhiều so với dự đoán từ một ngôi sao bình thường. Vật thể này cũng hầu như không cho thấy bằng chứng về các nguyên tố nặng hơn hydro và heli. Các mô phỏng máy tính đã cung cấp một lời giải thích khả thi.

Một lớp vỏ hydro đủ đặc có thể tái tạo lại vẻ ngoài quang phổ bất thường của vật thể, nhưng vẫn cần thứ gì đó giải thích cho độ sáng phi thường của nó. Đó là lúc hố đen xuất hiện.

Theo các nhà nghiên cứu tại MIT, MoM-BH*-1 tạo ra lượng năng lượng gấp khoảng 100 tỷ lần so với bất kỳ ngôi sao nào từng biết có thể tạo ra về mặt vật lý. Do đó, phản ứng nhiệt hạch không thể giải thích một cách dễ dàng cho độ sáng của nó.

Tuy nhiên, một hố đen đang bồi tụ tích cực có thể tạo ra lượng năng lượng khổng lồ khi vật chất rơi về phía nó. Khi các nhà nghiên cứu đưa một hố đen vào mô hình của mình, một hố đen có khối lượng khoảng 100.000 lần khối lượng Mặt Trời được bao bọc bởi một lớp vỏ hydro đặc đã mang lại sự trùng khớp tốt nhất với các quan sát của JWST.

Do đó, các nhà nghiên cứu mô tả vật thể này là một ngôi sao hố đen. Tuy nhiên, cách giải thích này vẫn là một mô hình dựa trên các đặc tính quan sát được chứ không phải là một bức ảnh chụp trực tiếp một hố đen bên trong một ngôi sao.

Phát hiện này có thể đặc biệt quan trọng vì JWST đã liên tục tìm thấy các nguồn đỏ nhỏ gọn bí ẩn trong vũ trụ sơ khai. Những chấm đỏ nhỏ (LRD) này xuất hiện phong phú trong các quan sát từ vài tỷ năm đầu tiên của lịch sử vũ trụ, nhưng bản chất của chúng vẫn còn tranh cãi.

Nghiên cứu gần đây ngày càng khám phá các mô hình ngôi sao hố đen cho ít nhất một số LRD. Một nghiên cứu vào tháng 6 năm 2026 đã xác định 241 ứng viên nguồn do ngôi sao hố đen chi phối trên khắp các quan sát của JWST, cho thấy hiện tượng này có thể không chỉ giới hạn ở một vật thể duy nhất.

MoM-BH*-1 bất thường vì thành phần ngôi sao hố đen của nó dường như lấn át thiên hà xung quanh, mang đến cho các nhà thiên văn học một cái nhìn rõ ràng khác thường về hiện tượng này.

Nếu các vật thể tương tự được chứng minh là phổ biến, chúng cũng có thể giúp giải thích cách các hố đen siêu khối lượng trở nên lớn như vậy một cách nhanh chóng trong vũ trụ non trẻ. Thay vì xuất hiện đột ngột dưới dạng các hố đen khổng lồ, một số có thể đã trải qua giai đoạn đầu được bao bọc bởi khí như thế này.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.