Các nhà nghiên cứu dự đoán hố đen có thể phát triển tới khối lượng siêu lớn, góp phần hé lộ bí ẩn về vật chất tối.
Hố đen lớn nhất được biết tới hiện nay là chuẩn tinh TON 618 có khối lượng gấp 66 tỷ lần Mặt trời. Kích thước đồ sộ của TON 618 khiến giới nghiên cứu băn khoăn có bất kỳ hố đen nào lớn hơn tồn tại hay không.
TON 618 ở cách Trái đất khoảng 18,2 tỷ năm ánh sáng. Trên bầu trời đêm, nó nằm ở ranh giới giữa chòm sao Canes Venatici và Coma Berenices. Các nhà thiên văn học lần đầu tiên phát hiện TON 618 trong một cuộc khảo sát vào năm 1957 từ đài quan sát Tonantzintla ở Mexico nhưng không biết đó là gì. Ban đầu, họ cho rằng nó là một ngôi sao xanh mờ, nhưng những quan sát sau một thập kỷ hé lộ họ đã trông thấy bức xạ cực mạnh từ vật chất rơi vào hố đen khổng lồ.
TON 618 cung cấp năng lượng chuẩn tinh mà nó nằm ở trung tâm, vật thể thuộc hàng sáng nhất trong vũ trụ với độ sáng bằng 140 nghìn tỷ Mặt trời. Chuẩn tinh hút ánh sáng từ năng lượng hấp dẫn của hố đen. Vật chất quanh hố đen rơi vào trong, bị nén lại và nóng lên, giải phóng lượng bức xạ cực lớn. Tuy sự kiện như vụ nổ siêu tân tinh có thể sáng hơn chuẩn tinh, chúng chỉ tồn tại vài tuần. Ngược lại, chuẩn tinh có thể phát sáng hàng triệu năm.
Tuy nhiên, chuẩn tinh ở xa đến mức chúng chỉ giống những chấm mờ ngay cả khi quan sát bằng kính viễn vọng mạnh nhất. Giới thiên văn học lần đầu tiên phát hiện chuẩn tinh thông qua phát xạ vô tuyến cực mạnh của chúng. Chuẩn tinh thực chất là hố đen siêu khối lượng đang ăn. Hố đen siêu khối lượng trở nên khổng lồ thông qua quá trình sáp nhập với các hố đen khác và thường xuyên ăn vật chất xung quanh.
Tốc độ ăn này chính là yếu tố giới hạn kích thước của hố đen. Chúng chỉ có thể tiêu thụ vật chất trong một khoảng thời gian nhất định. Khi vật chất rơi vào trong hố đen, nó nóng lên và giải phóng bức xạ. Nhưng bức xạ đó lại làm nóng vật chất, ngăn chúng rơi nhanh vào hố đen. Quá trình tự điều phối ngăn hố đen phát triển quá nhanh. Giới thiên văn học ước tính khối lượng tối đa của hố đen dựa trên tốc độ ăn và nhân lên theo độ tuổi đã biết của vũ trụ. Họ ước tính khối lượng tối đa bằng 50 tỷ khối lượng Mặt trời.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học quốc tế gọi hố đen lớn hơn 100 tỷ lần khối lượng Mặt trời là "hố đen to lớn vô cùng" (SLAB). Theo Florian Kühnel, nhà vũ trụ học ở Đại học Ludwig Maximilian tại Munich, Đức, về lý thuyết, những hố đen như vậy có thể tồn tại.
Mô phỏng hố đen lớn nhất vũ trụ hiện nay TON 618. (Ảnh: Space).
Trước đây, giới nghiên cứu giả định hố đen siêu lớn ở trung tâm của các thiên hà hình thành dưới dạng hố đen nhỏ sáp nhập và hấp thụ vật chất xung quanh chúng. Tuy nhiên, mô hình này vấp phải nhiều khó khăn trong việc lý giải cách hố đen đạt tới kích thước siêu lớn khi vũ trụ mới vài tỷ năm tuổi, theo Bernard Carr, nhà vũ trụ học ở Đại học Queen Mary ở London, Anh, đồng tác giả nghiên cứu.
Một cách khác để lý giải sự hình thành của cả hố đen siêu lớn thông thường và SLAB là dựa vào hố đen nguyên thủy. Các nhà nghiên cứu dự đoán trong vòng một giây sau vụ nổ Big Bang, biến động ngẫu nhiên về mặt độ trong vũ trụ nóng non trẻ mở rộng nhanh chóng có thể tập trung các túi vật chất đủ để chúng sụp đổ thành hố đen. Hố đen nguyên thủy có thể đóng vai trò như hạt giống cho hố đen lớn hơn hình thành sau đó.
Nếu hố đen nguyên thủy tồn tại, chúng có thể giúp lý giải vật chất tối là gì. Dù phần lớn vật chất trong vũ trụ là vật chất tối, giới nghiên cứu không biết rõ cấu tạo và chưa từng quan sát chúng. Hiện nay, họ chỉ có thể nghiên cứu vật chất tối thông qua tác động lực hấp dẫn lên vật chất thông thường. Vật chất tối vẫn là một trong những bí ẩn lớn nhất vũ trụ, theo Luca Visinelli, nhà vật lý hạt nhân ở Đại học Amsterdam, Hà Lan.