Chấm đỏ nhỏ của kính Webb: lỗ đen hay một dạng sao chưa từng thấy?

Kính James Webb thường bắt gặp những chấm đỏ chỉ rộng khoảng một pixel nhưng sáng ngang cả một thiên hà. Phổ ánh sáng cho thấy nhiều chấm có liên quan đến lỗ đen đang hút vật chất, song hai vật thể được công bố năm 2025 lại mang dáng dấp của một bề mặt sao. Vì vậy, câu trả lời ngắn gọn là cả lỗ đen thông thường lẫn một dạng “ngôi sao lỗ đen” đều còn phù hợp với quan sát; chưa giả thuyết nào thắng thế. [1]

Điều thú vị nằm ở cách một điểm sáng gần như không có hình dạng vẫn tiết lộ cấu tạo bên trong. Khi tách ánh sáng thành phổ, các nhà thiên văn có thể nhận ra dấu vết của hydro, ước lượng chuyển động của khí và xem ánh sáng xanh hay đỏ bị chặn ở đâu. Chính những chi tiết này đã biến các chấm nhỏ thành bài toán về sự ra đời của lỗ đen siêu khối lượng. [1]

Vì sao giả thuyết thiên hà ban đầu gây khó hiểu?

Ban đầu, độ sáng khiến các chấm đỏ nhỏ được xem là những thiên hà rất xa. Cách hiểu ấy dẫn tới một vấn đề: nếu phần lớn ánh sáng đến từ sao, các thiên hà phải phát triển cực nhanh trong vài trăm triệu năm đầu của vũ trụ. Chúng có vẻ xuất hiện quá sớm nhưng đã quá lớn, nên từng được gọi là những vật thể “phá vỡ vũ trụ”, theo nghĩa chúng không dễ khớp với tiến trình hình thành thiên hà thông thường. [1]

Các khảo sát RUBIES và MOM đã hướng Webb vào những vật thể xa trong nhiều giờ để thu phổ chi tiết hơn. Kết quả đáng chú ý là các vạch phát xạ của hydro bị trải rộng ra nhiều bước sóng. Hiện tượng này thường xuất hiện khi những đám khí chuyển động với vận tốc khác nhau trong trường hấp dẫn của lỗ đen. Nhờ vậy, cách giải thích chuyển từ một thiên hà đầy sao sang một nguồn sáng tập trung quanh lỗ đen siêu khối lượng. [1]

Lỗ đen thông thường giải thích được những gì?

Bản thân lỗ đen không phát sáng, nhưng khí rơi về phía nó bị nung nóng và có thể lấn át ánh sáng của các ngôi sao xung quanh. Các đám khí chuyển động khác nhau làm vạch hydro mở rộng: phần tiến lại gần và phần rời xa người quan sát không còn phát ra ánh sáng ở đúng cùng một bước sóng. Theo cách đọc phổ quen thuộc, vạch càng rộng có thể cho thấy khí đạt vận tốc càng lớn và chịu tác động của một nguồn hấp dẫn mạnh. [1]

Tuy nhiên, nhiều chấm đỏ nhỏ không nhấp nháy rõ như những lỗ đen đang nhận các dòng vật chất không đều, đồng thời cũng không phát ra lượng tia X mạnh như dự đoán. Điều đó chưa loại trừ lỗ đen thông thường. Nguồn vật chất trong vũ trụ sơ khai có thể ổn định hơn, còn khí và bụi dày quanh lỗ đen có thể chặn tia X cũng như ánh sáng xanh. Màu đỏ thậm chí có thể phụ thuộc vào hướng quan sát qua cấu trúc khí bao quanh lõi. [1]

Vì sao xuất hiện ý tưởng “ngôi sao lỗ đen”?

Hai chấm đỏ được công bố năm 2025 có phổ khác thường: phần ánh sáng xanh gần như biến mất, sau đó độ sáng tăng đột ngột ở một vùng đỏ nhất định. Đặc điểm gọi là bước nhảy Balmer này thường gắn với một khối hydro nóng có nhiệt độ bề mặt tương đối đồng đều, như ở một số loại sao hoặc tập hợp sao. Nhưng hai vật thể lại quá sáng để chỉ là những ngôi sao đơn lẻ, trong khi phổ của lỗ đen thông thường cũng không dễ tạo ra hình dạng ấy. [1]

Giả thuyết “ngôi sao lỗ đen” kết hợp hai dấu hiệu tưởng như trái ngược. Trong mô hình này, một lỗ đen nằm sâu trong khối hydro khổng lồ và hút khí ở gần lõi. Năng lượng từ quá trình đó truyền ra ngoài, giúp lớp khí không sụp hoàn toàn và tạo một bề mặt phát sáng giống sao. Lớp vỏ cũng có thể làm ánh sáng ổn định hơn, giữ lại phần ánh sáng xanh và che bớt tia X. Đây là cấu trúc lý thuyết, chưa phải vật thể đã được chụp rõ từng thành phần. [1]

Vạch hydro rộng có phải dấu hiệu quyết định?

Một cách phân tích khác cho rằng chuyển động cực nhanh không phải nguyên nhân duy nhất làm vạch hydro trông rộng. Khi ánh sáng đi qua lớp khí có nhiều electron, quá trình tán xạ có thể làm một vạch vốn hẹp bị nhòe sang các bước sóng lân cận. Sau khi mô hình hóa và loại bớt hiệu ứng này, một số vạch phổ trở nên phù hợp hơn với ánh sáng truyền qua lớp hydro chuyển động chậm, như lớp vỏ được đề xuất cho ngôi sao lỗ đen. [1]

Dẫu vậy, tán xạ electron cũng có thể xảy ra trong khí quanh một lỗ đen siêu khối lượng thông thường. Cùng một phổ vì thế có thể được giải thích bằng lớp vỏ gần kín, một vòng khí và bụi dày, hoặc các đám mây chỉ che một phần nguồn sáng. Tranh luận không đơn thuần là có lỗ đen hay không, bởi cả hai giả thuyết đều có lỗ đen ở trung tâm. Điểm chưa rõ là khí được phân bố ra sao và người quan sát nhìn xuyên qua nó theo hướng nào. [1]

Quan sát nào có thể phân biệt hai khả năng?

Mô hình quasi-star, hay “sao giả”, đưa ra một con đường hình thành ngôi sao lỗ đen: lõi của đám mây khí khổng lồ sụp đổ trực tiếp thành lỗ đen, trong khi phần khí còn lại tiếp tục bao quanh và che lõi. Nếu trạng thái này chỉ là một giai đoạn tăng trưởng, lỗ đen sẽ dần hút hoặc phá vỡ lớp vỏ rồi lộ ra. Khi ấy, số chấm đỏ nhỏ phải giảm ở những giai đoạn muộn hơn của lịch sử vũ trụ, thay vì tồn tại với mật độ tương tự mãi về sau. [1]

Một cuộc thống kê công bố tháng 8/2026 ghi nhận dấu hiệu sơ bộ đúng theo hướng đó: các chấm đỏ nhỏ dường như biến mất khi vũ trụ tiến tới độ tuổi khoảng 2–3 tỷ năm. Mẫu hình này ủng hộ khả năng chúng là một giai đoạn tạm thời, nhưng chưa đủ để xác định mọi chấm đỏ đều có cùng bản chất. Một số có thể là lỗ đen được bọc trong lớp khí giống bề mặt sao, còn số khác có thể là lỗ đen thông thường bị quan sát qua khí và bụi dày. [1]

Bởi vậy, phát hiện quan trọng nhất của Webb chưa phải một loại thiên thể đã được đặt tên chắc chắn. Những chấm chỉ rộng một pixel đang cho thấy ranh giới quan sát giữa ngôi sao, lớp khí và lỗ đen có thể mơ hồ hơn dự kiến. Câu trả lời sẽ phụ thuộc vào việc các mô hình có dự đoán được phổ, tia X, độ biến thiên và sự thay đổi số lượng của chúng qua từng thời kỳ vũ trụ hay không. [1]