Một nhóm nghiên cứu đứng đầu bởi các nhà khoa học ở Đại học Colunbia đã khám phá ra hàng chục lỗ đen quanh Sagittarius A* (Sgr A*) - lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của thiên hà Milky Way. Phát hiện này là bằng chứng đầu tiên ủng hộ một dự đoán đã có từ mấy thập kỷ trước và mở ra rất nhiều cơ hội để hiểu rõ hơn về vũ trụ.
Tác giả chính của nghiên cứu là nhà vật lý thiên văn Chuck Hailey - đồng giám đốc phòng thí nghiệm vật lý thiên văn Columbia. Ông nói: "Mọi thứ mà bạn muốn biết về cách mà các lỗ đen lớn tương tác với các lỗ đen nhỏ hơn có thể được biết thông qua việc nghiên cứu phân bố này. Milky Way là thiên hà duy nhất mà ở đó chúng ta có thể nghiên cứu xem lỗ đen siêu nặng tương tác với các lỗ đen nhỏ như thế nào vì đơn giản là chúng ta không thể thấy được tương tác đó ở các thiên hà khác. Nói cách khác, đây là phòng thí nghiệm duy nhất chúng ta có để nghiên cứu hiện tượng này."
Nghiên cứu đã được công bố trên số ra ngày mùng 5 tháng 4 của tạp chí Nature.
Trong hơn 2 thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã không thể tìm thấy bằng chứng ủng hộ lý thuyết cho rằng có hàng nghìn lỗ đen bao quanh lỗ đen siêu nặng ở trung tâm các thiên hà lớn.
"Chỉ có khoảng 5 tá lỗ đen từng được biết tới trong cả thiên hà - đường kính của thiên hà là khoảng 100.000 năm ánh sáng - và phải có 10.000 tới 20.000 lỗ đen ở trong một vùng chỉ rộng 6 năm ánh sáng nhưng chưa ai từng tìm ra chúng," Hailey nói.
Hailey giải thích rằng Sgr A* được bao quanh bởi một quầng khí và bụi - một môi trường hoàn hảo cho sự ra đời của các sao nặng. Các sao nặng này sau khi chết sẽ trở thành lỗ đen. Thêm nữa, các lỗ đen từ phía ngoài của quầng được cho rằng có sự rơi vào phía trong dưới ảnh hưởng hấp dẫn của lỗ đen siêu nặng.
Trong khi hầu hết các lỗ đen mắc lại ở gần lỗ đen siêu nặng là lỗ đen đơn độc thì một số khác lại bắt giữ và liên kết với một sao nào đó đi ngang qua và trở thành một cặp sao kép (một lỗ đen và một sao). Các nhà nghiên cứu tin rằng có rất nhiều lỗ đen đơn lẻ cũng như lỗ đen đã có cặp ở vùng trung tâm thiên hà, càng tới gần lỗ đen siêu nặng thì chúng càng đông đúc hơn.
Trong quá khứ, nhiều lỗ lực tièm kiếm bằng chứng cho việc này đã thất bại khi tập trung vào việc tìm kiếm những vụ bùng nổ tia X đôi khi xảy ra ở các hệ kép.
"Đó là cách rất rõ ràng để tìm kiếm các lỗ đen," Hailey nói, "nhưng trung tâm thiên hà ở quá xa Trái Đất nên những vụ nổ đủ mạnh và sáng đủ để có thể nhìn thấy chỉ xuất hiện từ 100 đến 1000 năm một lần."
Để xác định các hệ kép có chứa lỗ đen, Hailey và các đồng nghiệp của ông nhận ra rằng họ cần tìm kiếm tia X mờ hơn và ổn định hơn được sinh ra khi các hệ kép ở giai đoạn ít hoạt động.
Hailey cho biết: "Sẽ rất dễ dàng nếu các hệ kép chứa lỗ đen thường xuyên phát ra những vụ nổ lớn giống như ở các hệ kép của sao neutron, nhưng chúng lại không như thế, vì thế chúng tôi đã sử dụng cách khác để tìm kiếm chúng. Các lỗ đen đơn lẻ chỉ đơn giản là đen, chúng không làm gì cả. Vậy nên tìm kiếm các lỗ đen đơn lẻ không phải là một cách thông minh. Nhưng khi một lỗ đen liên kết với một sao khối lượng thấp, sự ghép cặp này phát ra những vụ bùng nổ tia X yếu nhưng có thể phát hiện được. Nếu như chúng tôi có thể tìm thấy các lỗ đen ghép cặp với các sao khối lượng thấp, chúng tôi có thể suy luận một cách khoa học về số lượng lỗ đen đơn lẻ ngoài đó."
Hailey và các đồng nghiệp thu thập dữ liệu từ đài quan sát Chandra X-ray để kiểm tra kỹ thuật của họ. Họ tìm kiếm dấu hiệu của tia X ở các hệ lỗ đen - sao khối lượng thấp đang trong giai đoạn ít hoạt động và đã tìm thấy 12 cặp như vậy trong phạm vi 3 năm ánh sáng ở khu vực quanh Sgr A*. Tiếp đó các nhà nghiên cứu phân tích đặc tính và sự phân bố của các hệ kép đã được xác định này và ngoại suy ra rằng có khoảng 300 tới 500 hệ lỗ đen - sao khối lượng thấp cùng khoảng 10.000 lỗ đen đơn lẻ trong khu vực bao quanh Sgr A*.
"Phát hiện này xác nhận một lý thuyết quan trọng và mang lại rất nhiều ý nghĩa," Hailey nói. "Nó sẽ thúc đẩy thêm cho việc nghiên cứu sóng hấp dẫn vì việc biết về số lượng lỗ đen ở trung tâm một thiên hà điển hình có thể dẫn tới dự đoán chính xác hơn số lượng sự kiện sóng hấp dẫn liên quan tới chúng. Mọi thông tin mà các nhà vật lý thiên văn cần tới đều ở trung tâm của thiên hà."
R.T
Theo Science Daily
Đọc thêm về lỗ đen tại bài viết: Lỗ đen, lỗ trắng và lỗ sâu
