Nơi nào nóng nhất trong vũ trụ?

Theo Daniel Palumbo, nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard, nơi nóng nhất trong vũ trụ có thể nằm ở rất gần một lỗ đen siêu lớn, đặc biệt là một lỗ đen siêu lớn đang bồi tụ. Điều đó có nghĩa lỗ đen quái vật này đang trong quá trình ‘tiêu hóa’ khí bồi tụ xung quanh.Theo đó, việc cung cấp ‘đồ ăn’ cho các lỗ đen đang phát ra các tia năng lượng cao được đẩy tới "rất gần tốc độ ánh sáng" – là một quá trình đặc biệt mãnh liệt.

Cho đến nay, nơi nóng nhất trong vũ trụ được ghi nhận là quasar (hay chuẩn tinh) 3C273, một vùng phát sáng rực rỡ xung quanh một lỗ đen siêu lớn cách Trái đất khoảng 2,4 tỷ năm ánh sáng. Khu vực này có nhiệt độ lõi khoảng 10 nghìn tỷ kelvin (hơn 10 nghìn tỷ độ F và độ C), theo Đài thiên văn Greenbank ở Tây Virginia. Tuy nhiên, vẫn còn sự không chắc chắn xung quanh ước tính nhiệt độ này.

Hố đen siêu khối lượng cực kỳ mạnh và nằm ở trung tâm của phần lớn thiên hà. Đúng như tên gọi, chúng có kích thước khổng lồ. Ví dụ, Sagittarius A*, hố đen siêu khối lượng ở trung tâm dải Ngân Hà, nặng gấp hàng triệu lần Mặt Trời. Giống như bất kỳ hố đen nào khác, chuẩn tinh 3C273 có lực hấp dẫn mạnh đến mức không vật thể nào, bao gồm ánh sáng, có thể thoát ra. Trái ngược với lực hút này là vòng khí gas xoay tròn xung quanh hố đen gọi là đĩa bồi tụ.

Khi các phân tử bị hút vào hố đen ở tốc độ cao, ma sát tạo bởi va chạm có thể sinh ra nhiệt độ hàng nghìn tỷ độ C. So với nó, bề mặt Mặt Trời có nhiệt độ 5.500 độ C. Nhiệt độ này chỉ tăng lên khi lực hấp dẫn cực mạnh của hố đen đập vật chất gần đó vào tia tương đối tính phun vào không gian, Palumbo cho biết.

Chuẩn tinh 3C273 trong ảnh chụp từ kính viễn vọng không gian Hubble. Ảnh: NASA

Tuy nhiên, câu trả lời về nơi nóng nhất trong vũ trụ có thể phụ thuộc vào thời điểm đặt câu hỏi, theo Koushik Chatterjee, nghiên cứu sinh ở tổ chức Black Hole Initiative. Khi hai thiên thể lớn va chạm, vụ nổ mà chúng tạo ra có thể sản sinh nhiệt độ cực cao. Ví dụ, hai sao neutron, phần lõi sụp đổ của ngôi sao lớn, đâm vào nhau và sinh ra nhiệt độ lên tới 800 tỷ độ C, theo nghiên cứu công bố năm 2019 trên tạp chí Nature Physics. Một hố đen va chạm với sao neutron cũng có thể tỏa ra nhiệt độ đặc biệt cao.

Những vụ va chạm trong không gian giữa lỗ đen và sao neutron có thể tạo ra một mức năng lượng cực lớn, cùng nhiệt độ lên tới 800 tỷ độ C.

Rất khó xác định chính xác nơi nóng nhất trong vũ trụ bởi nghiên cứu nhiệt độ vật thể ở xa là một thách thức. Giới nghiên cứu vẫn chưa chắc chắn về nhiệt độ thực sự của hố đen. Thay vào đó, các nhà khoa học đo năng lượng phát ra từ hố đen siêu khối lượng ở dạng ánh sáng khả kiến, sóng vô tuyến và tia X. Họ có thể ước tính nhiệt độ dựa trên mô hình bước sóng của bức xạ điện từ tạo bởi những nguồn này.

Một đài quan sát tia X trong tương lai có tên Nhiệm vụ chụp ảnh và phổ học tia X (XRISM) sẽ giúp các nhà khoa học đo khí gas nhiệt độ cao trong vũ trụ chính xác hơn. Nhờ công cụ tiên tiến hơn, họ có thể tìm ra những khu vực nóng hơn cả chuẩn tinh 3C273.