Tìm thấy ‘siêu’ hố đen lớn chưa từng có nặng gấp 36 tỷ lần Mặt Trời
Đây là phát hiện mới vừa được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Các nhà thiên văn học vừa phát hiện một hố đen được cho là lớn nhất từng được ghi nhận, với khối lượng gần chạm tới giới hạn lý thuyết mà vũ trụ cho phép. Khối lượng của hố đen này lớn gấp 10.000 lần so với hố đen ở trung tâm dải Ngân Hà.
Hố đen khổng lồ này nằm bên trong một trong những thiên hà đồ sộ nhất từng được biết đến – Cosmic Horseshoe. Thiên hà này có khối lượng lớn đến mức làm cong không gian, thời gian và khiến ánh sáng của một thiên hà ở phía sau bị bẻ cong thành một vòng Einstein hình móng ngựa. Theo công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, khối lượng của hố đen này tương đương 36 tỷ lần Mặt Trời.
Giới nghiên cứu lâu nay vẫn cho rằng trung tâm của mỗi thiên hà đều chứa một hố đen siêu lớn và hố đen này càng đồ sộ nếu thiên hà càng lớn – được gọi là hố đen siêu khổng lồ. Giáo sư Thomas Collett từ Đại học Portsmouth nhận định: "Đây là một trong 10 hố đen lớn nhất từng được phát hiện và rất có thể là hố đen lớn nhất. Phần lớn các phép đo khối lượng hố đen trước đây đều gián tiếp và có sai số lớn, vì vậy chúng ta không thể chắc chắn đâu là hố đen lớn nhất. Tuy nhiên, nhờ phương pháp mới, chúng tôi có thể xác định khá chắc chắn khối lượng của hố đen này."
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện hố đen trong thiên hà Cosmic Horseshoe nhờ kết hợp hai phương pháp: thấu kính hấp dẫn và động lực học sao. Bằng cách phân tích chuyển động và quỹ đạo của các ngôi sao xoay quanh hố đen, họ có thể suy ra khối lượng của nó. Tuy động lực học sao được coi là tiêu chuẩn vàng để đo khối lượng hố đen, nhưng phương pháp này không hiệu quả với những thiên hà ở quá xa do kích thước biểu kiến quá nhỏ. Nhờ hiệu ứng thấu kính hấp dẫn, các nhà nghiên cứu đã mở rộng được phạm vi quan sát ra xa hơn.
Giáo sư Collett cho biết: "Chúng tôi phát hiện ảnh hưởng của hố đen theo hai cách – nó làm lệch đường đi của ánh sáng khi ánh sáng đi ngang qua và khiến các ngôi sao ở vùng trung tâm thiên hà chuyển động với tốc độ cực cao, gần 400 km/giây. Việc kết hợp hai dữ liệu này cho phép chúng tôi hoàn toàn tự tin rằng hố đen này là có thật."
Nghiên cứu do nghiên cứu sinh Carlos Melo thuộc Đại học Liên bang Rio Grande do Sul (Brazil) dẫn dắt. Anh cho biết hố đen được phát hiện đang ở trạng thái “ngủ yên”, nghĩa là không hút vật chất vào thời điểm quan sát. Việc phát hiện hoàn toàn dựa trên lực hấp dẫn và tác động của nó lên môi trường xung quanh. Melo nhấn mạnh: "Điều đặc biệt thú vị là phương pháp này cho phép chúng ta phát hiện và đo khối lượng các hố đen siêu khổng lồ tiềm ẩn trên khắp vũ trụ, ngay cả khi chúng hoàn toàn im lặng."
Khoảng cách từ Trái Đất tới hố đen trong thiên hà Cosmic Horseshoe ước tính vào khoảng 5 tỷ năm ánh sáng. Melo cho rằng với các hệ thống ở khoảng cách xa như vậy, việc đo khối lượng hố đen thường chỉ khả thi khi nó đang hoạt động mạnh, nhưng những phép đo kiểu này thường có sai số lớn. Nhờ kết hợp hai phương pháp nói trên, nhóm nghiên cứu có thể đưa ra một phép đo trực tiếp và đáng tin cậy hơn, kể cả với những thiên hà ở rất xa.
Khám phá này mở ra nhiều hiểu biết mới về mối quan hệ giữa các hố đen siêu lớn và thiên hà chủ. Theo Giáo sư Collett, giữa kích thước của thiên hà và khối lượng hố đen trung tâm có một sự liên kết chặt chẽ. Khi thiên hà phát triển, vật chất có thể rơi vào hố đen, nuôi lớn nó. Một phần vật chất này được thổi ra ngoài dưới dạng quasar – nguồn năng lượng siêu sáng – có khả năng đẩy bật các đám mây khí và ngăn chặn sự hình thành sao mới.
Dải Ngân Hà của chúng ta hiện đang có một hố đen với khối lượng khoảng 4 triệu lần Mặt Trời. Hiện tại, nó không còn hoạt động như một quasar, song các nhà khoa học tin rằng trong quá khứ, nó đã từng phát sáng mạnh mẽ và hoàn toàn có thể trở lại trạng thái đó. Khi thiên hà Andromeda va chạm và hợp nhất với Ngân Hà trong khoảng 4,5 tỷ năm nữa, hố đen trung tâm rất có thể sẽ được “đánh thức” và hoạt động như một quasar một lần nữa.
Một điểm đặc biệt của hệ thống Cosmic Horseshoe là thiên hà chủ được phân loại là nhóm hóa thạch – giai đoạn cuối cùng trong quá trình hình thành các cấu trúc hấp dẫn lớn trong vũ trụ. Ở giai đoạn này, toàn bộ các thiên hà đồng hành đã hợp nhất thành một thiên hà khổng lồ duy nhất, không còn dấu vết rõ ràng của các thiên hà vệ tinh sáng. Giáo sư Collett nhận định rất có thể hố đen siêu khổng lồ quan sát được chính là kết quả của sự hợp nhất từ các hố đen lớn trước đó trong các thiên hà đồng hành – minh chứng cho trạng thái cuối cùng trong tiến trình phát triển của thiên hà và hố đen.
Khám phá ra hố đen trong Cosmic Horseshoe là một tình cờ khoa học đáng giá, khi nhóm nghiên cứu ban đầu chỉ dự định khảo sát sự phân bố của vật chất tối trong thiên hà để hiểu rõ hơn về loại vật chất huyền bí này. Sau khi nhận thấy phương pháp mới có thể áp dụng để phát hiện hố đen, họ kỳ vọng sẽ tiếp tục sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng không gian Euclid của Cơ quan Vũ trụ châu Âu để tìm kiếm thêm các hố đen siêu lớn và thiên hà chủ, góp phần giải mã cách các hố đen ảnh hưởng tới sự hình thành sao trong vũ trụ.
Dịch: Phys.org
