Phát hiện hố đen lớn nhất, khối lượng gấp 36 tỉ lần Mặt trời
Các nhà thiên văn học thuộc Đại học Portsmouth (Anh) và Đại học Liên bang Rio Grande do Sul (UFRGS, Brazil) vừa phát hiện hố đen lớn nhất từ trước tới nay.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu quan sát từ Kính viễn vọng không gian Hubble và Kính viễn vọng khổng lồ (VLT) của Đài quan sát Nam Âu (ESO), ước tính hố đen này có khối lượng gấp 36 tỉ lần Mặt trời - nặng gấp gần 10.000 lần so với hố đen siêu khối lượng Sagittarius A* ở trung tâm Dải Ngân hà.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Đây gần như là giới hạn lý thuyết tối đa có thể tồn tại trong vũ trụ”. Một nghiên cứu trước đây xác định giới hạn khối lượng lý thuyết của hố đen, xét trong lịch sử 13,8 tỉ năm của vũ trụ, là 50 tỉ khối lượng Mặt trời.
Xác định khối lượng bằng thấu kính hấp dẫn và vận tốc sao
Hố đen này nằm trong cấu trúc thấu kính thiên hà được gọi là Cosmic Horseshoe, phát hiện vào năm 2007. Cấu trúc này gồm một thiên hà tiền cảnh trung tâm (LRG 3-757) cách Trái đất 5,6 tỉ năm ánh sáng và một vòng các thiên hà hậu cảnh cách xa 19 tỉ năm ánh sáng. Ánh sáng từ thiên hà hậu cảnh bị bẻ cong thành hình móng ngựa do lực hấp dẫn của thiên hà tiền cảnh. Hiện tượng này gọi là thấu kính hấp dẫn hoặc “vòng Einstein”, vì nó tương tự như ánh sáng bị bẻ cong khi đi qua thấu kính.
Một hình ảnh màu cam mờ gần một thiên hà màu cam trong cấu trúc thấu kính thiên hà Cosmic Horseshoe đóng vai trò quan trọng trong việc khám phá ra hố đen
Thiên hà tiền cảnh có khối lượng gấp 100 lần Dải Ngân hà, là thiên hà lớn nhất từng được phát hiện. Quy luật chung là thiên hà càng lớn, hố đen siêu khối lượng ở trung tâm càng lớn.
Giáo sư Thomas Collett (ĐH Portsmouth), trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Đây là một trong mười hố đen lớn nhất từng được phát hiện, và có khả năng là hố đen nặng nhất”. Trước đây từng có ước tính hố đen tới 40 tỉ lần khối lượng Mặt trời bằng các phương pháp khác, nhưng sai số quá lớn khiến kết quả kém tin cậy. Với hố đen mới này, sai số ước lượng chỉ khoảng 35%.
Nhóm nghiên cứu đã kết hợp hai phương pháp để xác định sự tồn tại và khối lượng hố đen: thấu kính hấp dẫn (bẻ cong ánh sáng) và đo vận tốc chuyển động của các ngôi sao trong thiên hà - vốn đang di chuyển với tốc độ khoảng 400km/giây.
Ngôi sao phát sáng, hố đen giam giữ ánh sáng
Ngôi sao phát ra ánh sáng, còn hố đen lại giữ chặt ánh sáng ấy. Hố đen, theo nghĩa đen, là một thiên thể siêu đặc với lực hấp dẫn mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra. Trong vòng đời của một ngôi sao, nếu đó là ngôi sao có khối lượng lớn hơn Mặt Trời nhiều lần, nó sẽ tiêu hao hết năng lượng nhiệt hạch, sụp đổ và kích hoạt vụ nổ siêu tân tinh, từ đó hình thành hố đen.
Ở trung tâm hầu hết các thiên hà, bao gồm cả Dải Ngân hà của chúng ta, tồn tại một hố đen siêu khối lượng, có khối lượng lớn hơn Mặt trời hàng trăm nghìn lần. Các ngôi sao hình thành trong vùng lõi đặc của vũ trụ, và sự sụp đổ hấp dẫn tự nhiên dẫn đến sự hình thành những hố đen khổng lồ ở trung tâm thiên hà. Những hố đen khổng lồ này tác động mạnh mẽ đến cấu trúc và quá trình hình thành sao của thiên hà nhờ lực hấp dẫn cực lớn.
Thiên hà “hóa thạch” đã nuốt trọn bạn đồng hành
Nhà nghiên cứu Carlos Melo (UFRGS), tác giả chính, cho biết: “Trước đây, khối lượng hố đen ở xa chỉ có thể đo khi chúng đang tích cực hút vật chất. Nhưng khi kết hợp thấu kính hấp dẫn mạnh với động lực học sao, chúng tôi có thể phát hiện và đo khối lượng những hố đen "ngủ yên" - tức không hoạt động mạnh - ẩn mình khắp vũ trụ”.
Các nhà nghiên cứu cho rằng phát hiện này cũng giúp giải thích mối quan hệ giữa hố đen siêu khối lượng và thiên hà. Giáo sư Collett giải thích: “Kích thước của chúng liên hệ chặt chẽ, nên khi thiên hà phát triển, nó có thể chuyển vật chất về phía hố đen trung tâm”. Một phần vật chất này rơi vào hố đen, giúp nó lớn lên, nhưng phần lớn bị ma sát giữ lại, tạo thành những vật thể cực sáng gọi là chuẩn tinh (quasar). Nhiệt và ánh sáng từ chuẩn tinh tỏa ra khắp thiên hà, ngăn đám mây khí cô đặc lại, từ đó kìm hãm sự hình thành các ngôi sao mới.
Nhóm nghiên cứu phát hiện thiên hà tiền cảnh trong “Horseshoe Vũ trụ” thuộc nhóm thiên hà hóa thạch - giai đoạn cuối của những cấu trúc lớn nhất vũ trụ, gắn kết bởi lực hấp dẫn. Những “gã khổng lồ đơn độc” này hình thành qua hàng tỉ năm khi thiên hà lớn nhất trong nhóm dần hấp thụ và hợp nhất với các thiên hà đồng hành.
Giáo sư Collett nhận định: “Rất có thể các hố đen siêu khối lượng ở những thiên hà đồng hành ban đầu đã hợp nhất để tạo thành hố đen siêu khối lượng mà chúng ta vừa phát hiện. Vì thế, chúng ta đang chứng kiến giai đoạn cuối của cả thiên hà lẫn hố đen cùng một lúc”.
Đối với Dải Ngân hà của chúng ta, thiên hà Andromeda chính là bạn đồng hành. Các nhà khoa học dự đoán hai thiên hà sẽ hợp nhất trong khoảng 4,5 tỉ năm nữa. Điều này đồng nghĩa Dải Ngân hà và Andromeda cũng có khả năng va chạm, tạo ra chuẩn tinh quanh hố đen hợp nhất trong một thời gian, trước khi trở thành thiên hà hóa thạch.
