Những hình ảnh mới có độ phân giải cao cho thấy một lỗ đen siêu nặng ẩn mình trong một vòng bụi - chính xác như những gì mong đợi.
Nhờ việc sử dụng tổ hợp 4 kính thiên văn có đường kính 8,2 m ở Chile mà các nhà thiên văn vừa có được cái nhìn chi tiết về trung tâm của thiên hà M77 cách chúng ta 47 triệu năm ánh sáng (M77 là một thiên hà xoắn dạng thanh nằm trong chòm sao Cetus). Hình ảnh mới mà họ thu được từ thiên hà này cho thấy một lỗ đen siêu nặng giàu năng lượng – còn gọi là nhân thiên hà hoạt động (AGN) bị bao phủ hoàn toàn trong một vòng khí và bụi. Và tổng thể rút ra từ sự kết hợp các bằng chứng quan sát lại với nhau đã chứng thực một lý thuyết lâu đời về việc giải thích nhiều loại lỗ đen đang được bồi tụ mà chúng ta thấy ở trung tâm của các thiên hà lớn.
Bài báo này được công bố trên Nature (tạp chí chuyên ngành hàng đầu thế giới về khoa học tự nhiên).
Góc nhìn
Điểm quan trọng trong lý thuyết này - còn gọi là mô hình thống nhất - là mặc dù chúng ta thấy nhiều tín hiệu khác nhau tới từ các AGN khác nhau trong vũ trụ, nhưng thực tế không có các loại lỗ đen khác nhau trong các thiên hà khác nhau. Thay vào đó, mô hình này khẳng định rằng tất cả các AGN vốn dĩ giống nhau, kể cả lỗ đen siêu nặng đang được bồi tụ ẩn mình trong một vòng bụi có dạng hình xuyến này. Tùy thuộc vào góc quan sát mà chúng ta có thể nhìn trực tiếp xuống lỗ đen tại một trong hai đầu hở hay thay vào đó là nhìn qua lớp mặt dày của vòng tròn. Và cuối cùng, chính những góc nhìn khác nhau này là nguyên nhân dẫn tới việc chúng ta thấy các loại AGN khác nhau, như trong trường hợp đầu tiên (AGN loại 1) là luồng sáng chói chiếu thẳng tới mắt chúng ta dưới dải bước sóng khả kiến trong phổ điện từ, và trong trường hợp thứ hai (AGN loại 2) là luồng sáng chỉ phát sáng mờ trong ánh sáng năng lượng thấp, chẳng hạn như tia hồng ngoại.
M77 rơi vào loại thứ hai - là một AGN tương đối mờ mà các nhà thiên văn từ lâu đã nghi ngờ là ánh sáng từ nó chiếu tới Trái Đất bị che khuất bởi một lớp bụi dày. Và thực sự thì các hình ảnh trước đây cũng đã cho thấy sự có mặt của lớp bụi ấm gần trung tâm của thiên hà. Nhưng một số quan sát gần đây cho rằng có lẽ vòng bụi quanh lỗ đen quá mỏng và không được định hướng đúng góc nên nó không thể bị che đậy như mong đợi, điều này thách thức hơn là ủng hộ cho lý thuyết mô hình thống nhất.
Một bức tranh rõ ràng hơn
Các nhà nghiên cứu cần một bức tranh rõ ràng hơn về những gì đang diễn ra. Vì vậy, họ đã hướng tầm nhìn vào trung tâm của thiên hà M77 bằng một công cụ gọi là MATISSE với sự kết hợp với dữ liệu hồng ngoại từ 4 kính thiên văn riêng biệt trong tổ hợp kính thiên văn VLA của ESO. Kỹ thuật được sử dụng để kết hợp ánh sáng đó - gọi là phép đo giao thoa - đã làm tăng đáng kể lượng chi tiết có thể nhìn thấy trong hình ảnh. Khi được kết hợp với dữ liệu vô tuyến thu được từ Atacama Large Millimeter Array (ALMA - một giao thoa kế thiên văn gồm 66 kính thiên văn vô tuyến đặt tại sa mạc Atacama ở phía nam Chile dùng để quan sát bức xạ điện từ ở bước sóng milimét) và Very Long Baseline Array (VLBA - một hệ thống gồm 10 kính thiên văn vô tuyến được vận hành từ xa) của Đài thiên văn Vô tuyến Quốc gia (Mỹ), thì bức ảnh đủ rõ ràng cho nhóm nghiên cứu có thể lập bản đồ bụi ở trung tâm của M77 theo nhiệt độ và độ hấp thụ để mà có thể xác định chính xác vị trí của lỗ đen đang ẩn mình trong lớp bụi đó. Kết quả cuối cùng cho thấy lỗ đen này hoàn toàn nằm ở vùng trung tâm dày hơn của một vòng tròn bụi dạng đĩa có cạnh lớn hơn. Hình ảnh rất chi tiết này đã xác nhận chính xác những gì được mong đợi từ mô hình thống nhất.
Bây giờ, nhiệm vụ sẽ là xác định xem liệu lỗ đen của M77 có thực sự là điển hình hay không và liệu mô hình thống nhất có dự đoán chính xác những gì chúng ta thấy trong các thiên hà khác hay không. Giờ đây, MATISSE đã chứng minh được giá trị của nó khi mà các nhà nghiên cứu có thể sử dụng công cụ này để quan sát chi tiết các AGN khác để xem chúng có giống với kỳ vọng của họ hay không. Một điều nữa là do sự tiến hóa của các thiên hà và AGN của chúng có mối liên hệ mật thiết với nhau nên việc hiểu rõ hơn về các thiên thể này sẽ dẫn tới một sự hiểu biết đầy đủ hơn về cách mà các thiên hà hình thành, tiến hóa và cuối cùng là chết đi.
Hồng Anh
Theo Astronomy
