Các nhà thiên văn vừa phát hiện một lỗ đen 40 tỉ khối lượng mặt trời trong đám thiên hà Abell 85. Họ tìm thấy gã khổng lồ này qua các quan trắc quang phổ với Kính thiên văn Rất Lớn (VLT). Chỉ có một vài phép đo khối lượng trực tiếp về các lỗ đen, và ở cách Trái Đất khoảng 700 triệu năm ánh sáng, đây là trường hợp ở xa nhất.
Nằm bên trong đám Abell 85 là Holm 15A, một thiên hà sáng nhất đám (BCG – brightest cluster galaxy). Điều đó có nghĩa là nó là thiên hà sáng nhất trong đám Abell 85. Vùng tâm Holm 15A khuếch tán, và rất mờ nhạt, mặc dù bản thân thiên hà thì rất sáng, và có khối lượng sao khả kiến tổng cộng là hai nghìn tỉ khối lượng mặt trời. Sự không nhất quán biểu kiến này đã thu hút ánh mắt của các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lí Ngoài Địa cầu Max Planck (MPE) và Đài thiên văn Đại học Munich (USM).
Nghiên cứu mới do nhà khoa học MPE Jens Thomas chỉ đạo. Vùng tâm khuếch tán ở Holm 15A lớn ngang ngữa với Đám mây Magellan Lớn, và Thomas và các nhà thiên văn khác cho rằng đây là một manh mối cho sự có mặt của một siêu lỗ đen đồ sộ. Đội nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu thu từ quang phổ kế MUSE trên VLT và Đài thiên văn USM Wendelstein để nghiên cứu vùng khuếch tán rộng mênh mông này.
Đám mây Magellan Lớn có đường kính khoảng 14.000 năm ánh sáng, và vùng tâm của Holm 15A có kích thước tương đương như vậy. Ảnh: Public Domain
Trong một buổi họp báo, Thomas cho biết “Chỉ có vài chục phép đo khối lượng trực tiếp về các siêu lỗ đen, và trước đây chưa từng có nỗ lực nào tiến hành ở một khoảng cách [xa] như thế. Thế nhưng chúng tôi đã có chút ý tưởng về kích cỡ của Lỗ Đen trong thiên hà đặc biệt này, nên chúng tôi đã cố thử.”
Dữ liệu thu từ hai kính thiên văn đã cho phép đội thực hiện một ước tính khối lượng dựa trực tiếp trên các chuyển động sao xung quanh lõi thiên hà. Khi nạp dữ liệu thì một siêu lỗ đen bằng 40 tỉ khối lượng mặt trời xuất hiện, khiến nó là lỗ đen có khối lượng lớn nhất trong vũ trụ đã biết.
“Giá trị này lớn gấp vài lần so với kì vọng từ các phép đo gián tiếp, ví dụ như từ khối lượng sao hay sự phân tán vận tốc của các sao,” theo lời Roberto Saglia, nhà khoa học thâm niên tại MPE và là giảng viên tại LMU.
Vùng tâm của Holm 15A có độ sáng rất thấp, khuếch tán. Nó mờ hơn nhiều so với ở các thiên hà elip khác. Có manh mối cho thấy nhiều sao đã bị tống khỏi vùng trung tâm trong những sự kiện hợp nhất tạo nên lỗ đen kếch xù này. Nghiên cứu sinh LMU Kianusch Mehrgan đã giúp phân tích một số dữ liệu trong nghiên cứu này. Cũng trong buổi họp báo trên, Mehrgan cho biết “Đường đặc trưng ánh sáng trong vùng lõi trong cũng rất bằng phẳng. Điều này có nghĩa là đa số các sao trong vùng tâm phải bị tống ra do bởi các tương tác trong những sự kiện hợp nhất trước đây.”
Sơ đồ này cho thấy sự phân bố độ sáng bề mặt của thiên hà đám trung tâm Holm 15A. So với các thiên hà khác, lõi của thiên hà này có độ sáng bề mặt rất thấp và trải rộng trên đường kính khoảng 15.000 năm ánh sáng. Ảnh: MPE
Holm 15A là một Thiên Hà Kiểu Xưa, hay ETG (Early Type Galaxy). Theo quan điểm được chấp nhận rộng rãi, lõi của các loại thiên hà đồ sộ này hình thành do một quá trình gọi là “gột nhân”. Khi hai thiên hà sáp nhập, các lỗ đen của chúng cũng sáp nhập. Toàn bộ những tương tác hấp dẫn đó có tác dụng co giật lên các sao, bắn chúng ra khỏi vùng lõi. Không còn chất khí nào ở lại bên trong lõi, thành ra không còn ngôi sao mới nào có thể hình thành, dẫn tới kiểu lõi sạch trơn này.
Thật vậy, đường đặc trưng ánh sáng thu từ Holm 15A cho thấy hai thiên hà elip hợp nhất đã trút hết lõi từ những lần hợp nhất trước đó. Vậy nên phần lõi khổng lồ trút sạch, khuếch tán là một manh mối rằng có một lỗ đen kếch xù ngự tại tâm.
“Thế hệ mô phỏng máy tính mới nhất về sự hợp nhất thiên hà đem lại cho chúng ta những dự đoán thật sự quá khớp với các đặc điểm quan sát thấy,” phát biểu của Jens Thomas, người cung cấp các mô hình động lực học. “Các mô phỏng này bao gộp các tương tác giữa các sao và một cặp lỗ đen, nhưng thành phần thiết yếu là hai thiên hà elip đã trút sạch lõi. Điều này có nghĩa là hình dạng của đường đặc trưng ánh sáng và quỹ đạo của các sao có chứa thông tin khảo cổ có giá trị về những tình huống nhất định của sự hình thành lõi ở thiên hà này – cũng như ở các thiên hà rất đồ sộ khác.”
Mối liên hệ giữa đường đặc trưng ánh sáng và khối lượng của lỗ đen có thể đưa đến một hiểu biết tốt hơn về các lỗ đen, và một cách mới đo khối lượng của chúng.
Đa số siêu lỗ đen ở quá xa để đo được trực tiếp. Thế nhưng nghiên cứu này hướng đến một mối liên hệ giữa độ sáng và khối lượng. Mỗi khi hai lỗ đen sáp nhập, khối lượng tăng lên, còn các sao bị bắn vọt ra và lõi thiên hà trở nên mờ đi, giả sử có sự khan hiếm chất khí cho sự hình thành sao mới.
Đội nghiên cứu dự tính tiếp tục phát triển mô hình của họ, và có thể mở rộng nó thêm ngoài việc đo khối lượng của các lỗ đen. Trong bài báo của họ, họ cho biết “Các kết quả của chúng tôi cho thấy rằng hình dạng đúng của đường đặc trưng ánh sáng vùng tâm cũng như các chi tiết của sự phân bố quỹ đạo sao trong vùng tâm có chứa thông tin có giá trị về lịch sử hợp nhất của các thiên hà rất đồ sộ.”
Ảnh minh họa quỹ đạo của ba ngôi sao rất gần siêu lỗ đen tại tâm Ngân Hà. Khối lượng của đa số lỗ đen được đo bằng cách xác định chuyển động của các sao ở gần tâm thiên hà. Cách này không áp dụng được cho các thiên hà cực kì xa. Ảnh: ESO/M. Parsa/L. Calcada
Khối lượng của đa số lỗ đen được xác định bằng cách đo chuyển động của các sao ở gần tâm thiên hà. Ở những thiên hà rất xa, chuyển động của các sao đó không thể nào xác định được. Nhưng mối liên hệ mới này giữa ánh sáng và khối lượng có thể thiết lập nền tnagf cho việc đo khối lượng của nhiều lỗ đen ở xa hơn. Như các tác giả trình bày trong bài báo của họ, “Ở các thiên hà cốt lõi, khối lượng lỗ đen tỉ lệ nghịch với độ sáng bề mặt sao vùng tâm và mật độ khối lượng sao vùng tâm – bao gồm cả Holm 15A. Chúng tôi trình bày mối tương quan này ở đây là lần đầu tiên.”
Nếu tương quan đó là đúng, thì chuyện lỗ đen 40 tỉ khối lượng mặt trời này bị phế ngôi chỉ là vấn đề thời gian thôi, và một lỗ đen mới, khối lượng còn lớn hơn nữa sẽ soán ngôi của nó.
Nguồn: Universe Today
