Các lỗ đen siêu trọng tiết lộ một manh mối bất ngờ

Các nhà thiên văn ở Đức và Mĩ vừa làm sáng tỏ một mối tương quan thật bất ngờ có thể cung cấp những kiến thức quan trọng về cách thức các thiên hà ra đời và phát triển. Các nhà khoa học tìm thấy rằng lỗ đen tại tâm của một thiên hà elip càng lớn, thì thiên hà đó càng có nhiều đám sao hình cầu.

Đa số những thiên hà lớn, kể cả thiên hà của chúng ta, có một lỗ đen siêu trọng tại tâm của chúng. Chúng còn có những đám sao hình cầu – những quả cầu nhung nhúc những ngôi sao cổ. Nhưng các đám sao đó thường nằm cách xa tâm thiên hà, nên việc phát hiện một mối liên hệ giữa hai nhóm đối tượng đó giống như là tìm thấy chiều cao của tòa nhà chọc trời cao nhất thành phố phù hợp với số lượng cây xanh có trong vùng ngoại thành.

“Người ta đã cố gắng tạo lập các mối tương quan của khối lượng lỗ đen với những tính chất đã biết rõ”, Andreas Burkert tại trường đại học Munich nói. “Và rồi chúng tôi nghĩ, ‘Tại sao không thử tìm cái gì đó nằm ngoài lớp không khí mỏng – nơi chẳng ai nghĩ là sẽ có mối tương quan nào?”

Ảnh của thiên hà M87 chụp bằng Kính thiên văn Rất Lớn. Túm màu xanh ở bên phải của thiên hà được tin là có liên quan đến lỗ đen siêu trọng tại tâm của M87. (Ảnh: ESA)

‘Chỉ để cho vui’

Burkert và Scott Tremaine tại Viện Nghiên cứu Cao cấp Princeton, New Jersey, đã nghiên cứu 13 thiên hà “chỉ để cho vui”, ông nói. Chín thiên hà là những thiên hà elip khổng lồ, trong đó có M87, thiên hà ở giữa đám Virgo [Xử nữ]. Một thiên hà là thiên hà xoắn ốc cuộn chặt, và ba thiên hà khác là những thiên hà S0 – chúng nằm ở chỗ trung gian ở thiên hà elip và thiên hà xoắn ốc.

Trước sự bất ngờ của các nhà khoa học, toàn bộ 13 thiên hà tuân theo một mối tương quan giữa khỗi lượng lỗ đen và số lượng đám sao hình cẩu thậm chí còn chặt chẽ hơn so với những mối tương quan khác đã biết với khối lượng lỗ đen.

“Tôi nghĩ mối tương quan này cho chúng ta biết cái gì đó thật cơ bản”, phát biểu của John Kormendy thuộc đại học Texas ở Austin, người không có liên quan trong nghiên cứu trên. “Một mối tương quan tốt như vậy cho thấy sự hình thành của những đám sao hình cầu và sự phát triển của các lỗ đen là có liên quan với nhau”. Vì những đám sao hình cầu và các thiên hà elip khổng lồ bao gồm những ngôi sao cổ, nên Kormendy cho biết mối liên hệ giữa chúng có khả năng phát sinh trong những điều kiện đặc biệt tồn tại ngay sau Big Bang.

Các thiên hà đang va chạm

Burkert và Tremaine thì cho rằng mối tương quan đó có thể phát sinh từ các va chạm thiên hà. Khi các thiên hà giàu chất khí va chạm, chất khí rơi vào lỗ đen trung tâm, làm tăng thêm khối lượng của chúng. Những va chạm như vậy còn tạo ra những đám sao hình cầu, như các nhà thiên văn thấy trong chòm sao Corvus, nơi hai thiên hà xoắn ốc mang tên Antennae đang lao vào nhau.

“Tôi thấy kết quả này rất thú vị”, phát biểu của Jeremiah Ostriker ở trường đại học Princeton, một nhà thiên văn khác không có liên quan với nghiên cứu mới trên. “Nó có thể cho chúng ta biết một manh mối về cách thức các lỗ đen được hình thành tại tâm của các thiên hà”.

Ostriker đưa ra một lí thuyết khác giải thích mối tương quan trên. Khi những đám sao hình cầu quay tròn xung quanh một thiên hà, chúng băng qua vật chất tối của nó, cái cướp đi năng lượng quỹ đạo của chúng qua một quá trình gọi là sự ma sát động. Cuối cùng thì những đám sao hình cầu chìm vào lỗ đen trung tâm của thiên hà đó, làm tăng khối lượng của nó. Như vậy, Ostriker nói, một thiên hà càng có nhiều đám sao hình cầu lúc khởi phát, thì càng có nhiều đám sao bị phá hủy và khối lượng lỗ đen trung tâm của nó sẽ càng lớn, giống hệt như cái Burkett và Tremaine tìm thấy.

Kích cỡ không là vấn đề

Burkert và Tremaine cho biết mối tương quan trên không đơn thuần một sự phản ánh của kích cỡ hay độ sáng của một thiên hà. Thí dụ, M87 có một lỗ đen khổng lộ nặng gấp 6 tỉ lần Mặt trời, và một số lượng tương đương đến ấn tượng của những đám sao hình cầu – đến 15.000 – trải ra hàng trăm nghìn năm ánh sáng. Trái lại, một thiên hà khổng lồ khác, Fornax A, phát ra nhiều ánh sáng như M87, nhưng lỗ đen trung tâm của nó chỉ bằng 150 triệu khối lượng mặt trời và số lượng đám sao hình cầu của nó chỉ có 1200.

Tuy nhiên, mối tương qua vừa tìm thấy không áp dụng được cho thiên hà của chúng ta, vì Dải Ngân hà là một thiên hà xoắn ốc chặt. Hệ quả là lỗ đen khiêm tốn, nặng bằng 4 triệu khối lượng mặt trời của nó, hàm ý rằng nó có ít đám sao hình cầu hơn nhiều so với con số gần 160 mà nó có. Trái lại, Burkert và Tremaine cho biết thiên hà xoắn ốc còn chặt hơn nữa, thiên hà Andromeda [Tiên Nữ] không nằm trong số mẫu ban đầu của họ, thật sự tuân theo mối tương quan trên.

Công trình này sẽ đăng trên tạp chí The Astrophysical Journal và bản thảo đã có tại arXiv: 1004.0137.

Theo physicsworld.com

Bài trước | Bài kế tiếp