Các nhà thiên văn học sử dụng kính thiên văn vô tuyến Nobeyama 45m đã phát hiện ra những dấu hiệu của một lỗ đen có khối lượng bằng 100.000 khối lượng của Mặt Trời xung quanh trung tâm Milky Way. Nhóm nghiên cứu cho rằng lỗ đen có "khối lượng trung bình" này có thể là chìa khóa để tìm hiểu sự ra đời của những lỗ đen siêu nặng nằm ở trung tâm các thiên hà.
Một nhóm các nhà thiên văn học đứng đầu là Tomoharu Oka, giáo sư tại đại học Keio, Nhật Bản đã tìm thấy một đám mây khí bí ẩn, được gọi là CO-0.40-0.22, chỉ cách trung tâm Milky Way 200 năm ánh sáng. Thứ khiến cho CO-0.40-0.22 bất thường đó là sự phân tán vận tốc rộng một cách đáng ngạc nhiên của nó: một đám mây chứa khí với vận tốc trải trên dải rất rộng. Nhóm nghiên cứu phát hiện đặc tính bí ẩn này thông qua hai kính thiên văn vô tuyến, kính thiên văn Nobeyama 45m ở Nhật Bản và kính thiên văn ASTE ở Chile, cả 2 đều được điều khiển bởi Đài Thiên văn Quốc gia Nhật Bản.
Để điều tra cấu trúc chi tiết, nhóm nghiên cứu đã quan sát CO-0.40-0.22 bằng kính thiên văn Nobeyama 45m lần nữa để thu 21 vạch phát xạ từ 18 phân tử. Những kết quả cho thấy đám mây có hình elip và gồm có 2 thành phần: một thành phần đặc nhưng độ dày thấp với sự phân tán vận tốc rất rộng 100 km/s và một thành phần dày đặc, kéo dài 10 năm ánh sáng với sự phân tán vận tốc hẹp.
Điều gì khiến cho sự phân tán vận tốc rộng đến như vậy? Không có các lỗ bên trong đám mây, Các quan sát bằng tia hồng ngoại và tia X cũng không tìm thấy bất cứ vật thể đặc nào. Những đặc tính này chỉ ra rằng phân tán không được gây ra bởi một nguồn năng lượng cục bộ, như các vụ nổ supernova.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một mô phỏng đơn giản về những đám mây khí khi bị tác động bởi một lực hấp dẫn mạnh mẽ. Trong mô phỏng, đầu tiên, những đám mây bị hút về phía nguồn phát và vận tốc của chúng tăng lên khi đến gần, đạt tối đa tại điểm gần nhất với đối tượng. Sau đó, chúng tiếp tục đi qua đối tượng và vận tốc của chúng giảm dần. Nhóm nghiên cứu đã tìm ra một mô hình sử dụng lực hấp dẫn bằng 100.000 lần khối lượng của Mặt Trời trong một khu vực có bán kính 0,3 năm ánh sáng, phù hợp nhất với dữ liệu được quan sát. “Xem xét thực tế rằng không đối tượng đặc nào được tìm thấy qua việc quan sát ở dải hồng ngoại và X,” Oka, trưởng nhóm tác giả của bài báo được xuất bản trên tạp chí Astrophysical Journal Letters, giải thích “theo như chúng tôi biết, ứng viên tốt nhất cho vật thể lớn và đặc này là một lỗ đen.”
Nếu đúng như vậy thì đây là phát hiện đầu tiên về một lỗ đen khối lượng trung bình. Các nhà thiên văn học đã biết hai kích cỡ của lỗ đen: lỗ đen khối lượng sao, được hình thành sau vụ nổ lớn của các sao nặng, và các lỗ đen siêu nặng (SMBH) thường được tìm thấy ở trung tâm các thiên hà. Khối lượng của các lỗ đen siêu nặng dao động từ vài triệu đến vài tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Một số lỗ đen siêu nặng đã được tìm thấy, nhưng không ai biết chúng được hình thành như thế nào. Một ý kiến cho rằng chúng được hình thành từ sự sáp nhập của nhiều lỗ đen khối lượng trung bình. Nhưng điều này đặt ra một vấn đề bởi vì, cho đến nay, không có bằng chứng quan sát chắc chắn nào về việc tìm thấy lỗ đen khối lượng trung bình. Nếu đám mây CO-0.40-0.22, chỉ cách SgrA* (lỗ đen siêu nặng, khối lượng bằng 400 triệu lần Mặt Trời, nằm ở trung tâm Milky Way) 200 năm ánh sáng, chứa một lỗ đen khối lượng trung bình, nó có thể hỗ trợ cho giả thuyết hợp nhất các lỗ đen khối lượng trung bình trong sự phát triển của lỗ đen siêu nặng.
Những kết quả này mở ra một hướng mới trong việc tìm kiếm các lỗ đen bằng kính thiên văn vô tuyến. Những quan sát gần đây đã tiết lộ rằng có một số đám mây đặc có sự phân tán vận tốc rộng tương tự như CO-0.40-0.22. Nhóm nghiên cứu đề xuất một vài trong số đó có thể chứa các lỗ đen. Một nghiên cứu cho rằng có khoảng 100 triệu lỗ đen trong Milky Way, nhưng cho đến nay, những quan sát tia X chỉ tìm thấy vài chục. Hầu hết các lỗ đen đều tối và rất khó để nhìn được trực tiếp dù ở bất kì bước sóng nào. “Những nghiên cứu về chuyển động của khí bằng kính thiên văn vô tuyến có thể cung cấp một cách bổ sung trong việc tìm kiếm các lỗ đen tối” Oka nói. “Việc tiếp tục quan sát, xem xét trên một khu vực rộng của Milky Way bằng kính thiên văn Nobeyama 45m và những quan sát với độ phân giải cao đối với các thiên hà lân cận bằng cách sử dụng hệ thống kính thiên văn milimet/hạ-milimet Atacama (ALMA) ở Chile có tiềm năng sẽ làm tăng số lượng các ứng viên lỗ đen lên một cách đáng kể.”
Những kết quả quan sát được công bố bởi Oka và những cộng sự qua bài báo có tên: “Dấu hiệu của một lỗ đen khối lượng trung bình trong vùng phân tử trung tâm của thiên hà chúng ta” trên tạp chí Astrophysical Journal Letters phát hành ngày 1 tháng 1 năm 2016. Thành viên nhóm nghiên cứu là Tomoharu Oka, Reiko Mizuno, Kodai Mỉua, Shunya Takekawa, tất cả đều đến từ Đại học Keio.
Thu Trang
Theo Science Daily
