Các nhà thiên văn học đã lần đầu tiên phát hiện bằng chứng vững chắc về một lỗ đen khổng lồ trong thiên hà Lilliputian. Phát hiện này cho thấy số lượng lỗ đen siêu nặng trong vũ trụ gần có thể là gấp đôi so với các ước lượng trước đây, với nhiều trong số chúng nằm tại tâm các thiên hà nhỏ và khó nhận diện  - được gọi là các thiên hà lùn siêu nhỏ.


Vật lý Thiên văn - vatlythienvan.com
Vật chất rơi vào lỗ đen siêu nặng có thể đạt nhiệt độ rất cao và bức xạ ra tia X. Ảnh: V. Beckmann/ESA/NASA/SPL.

Anil Seth đến từ Đại học Utah ở thành phố Salt Lake và các đồng nghiệp báo cáo về phát hiện này ngày 17 tháng Chín trên tạp chí Nature [1].

Nhóm nghiên cứu bắt đầu bị thu hút bởi thiên hà lùn siêu nhỏ M60-UCD1, cách Trái Đất khoảng 16.6 triệu Parsec (khoảng 54 triệu năm ánh sáng), một phần là do lượng bức xạ tia X cho thấy có thể nó có chứa một lỗ đen. Các bức ảnh chụp bởi kính thiên văn không gian Hubble cho thấy thiên hà này nuôi dưỡng một khu vực có mật độ khối lượng cao ở lõi, nhưng nhóm nghiên cứu không biết lỗ đen giả định này lớn đến đâu.

Để "cân" được "con quái vật" này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành đo vận tốc của các ngôi sao cuốn vào tâm thiên hà bằng phổ kế hồng ngoại tại kính thiên văn Gemini North trên đỉnh Mauna Kea ở Hawaii. Vận tốc cao của các ngôi sao đã được giải thích rõ ràng bằng một lỗ đen trung tâm mà dấu hiệu cho thấy khối lượng của nó lớn gấp 21 triệu lần so với Mặt Trời, theo kết luận của nhóm nghiên cứu của Seth. Điều đó có nghĩa là lỗ đen này có khối lượng lớn gấp 5 lần so với lỗ đen ở tâm của Dải Ngân Hà - cho dù M60-UCD1 có đường kính ước tính chỉ bằng 1/600 so với thiên hà của chúng ta.

Và trong khi các lỗ đen siêu nặng thường chỉ có khoảng 0.5% khối lượng các ngôi sao tập trung xung quanh tâm của các thiên hà, thì lỗ đen ở M60-UCD1 là khoảng 18% khối lượng của các ngôi sao trong thiên hà này, tạo điều kiện để lực hấp dẫn của "con quái vật" có thể ảnh hưởng lớn đến hình dạng và cấu trúc của thiên hà. Nhận thức được vai trò chủ đạo mà một số lỗ đen siêu nặng có được trong sự tiến hóa của các thiên hà nhỏ là kết quả quan trọng nhất của nghiên cứu này, theo lời của nhà thiên văn học Karl Gebhardt đến từ Đại học Texas ở Austin.

"Đây là một bằng chứng mạnh mẽ cho thấy các thiên hà nhỏ có thể có lỗ đen lớn," theo Gebhardt. "Đây là một lớp thiên hà mới - và nó rất thú vị."

Vật lý Thiên văn - vatlythienvan.com
Thiên hà lùn siêu nhỏ M60-UCD1 nằm bên dưới thiên hà khổng lồ M60 trong bức ảnh do kính thiên văn không gian Hubble chụp. Ảnh: NASA/Space Telescope Science Institute/ESA

Ẩn mình trong sự yên bình

Với kích thước đó, M60-UCD1 thiếu sức mạnh để tạo thành một lỗ đen nặng như vậy, nhưng thiên hà này có thể đã từng lớn hơn rất nhiều, theo gợi ý của Seth và đồng nghiệp. Họ suy đoán rằng một sự va đụng hơn 2 tỷ năm về trước với một thiên hà láng giềng lớn hơn, M60, đã tước đi phần ngoài của M60-UCD1, để lại một tàn dư đậm đặc - một thiên hà lùn siêu nhỏ và một lỗ đen lớn quá khổ.

Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu kiểm tra một số thiên hà lùn siêu nhỏ gần đó vì chúng cũng có thể chứa các lỗ đen siêu nặng. Bởi vì những thiên hà lùn này cũng phổ biến như các thiên hà lớn nơi mà các lỗ đen siêu nặng được tìm thấy, số lượng của các lỗ đen lớn trong vũ trụ ngày nay có thể sẽ tăng lên gấp đôi theo như các nhà nghiên cứu ước tính, theo Seth.

"Chúng tôi chưa hiểu làm thế nào mà lỗ đen siêu nặng có thể hình thành," ông cho biết. Một hiểu biết tốt hơn về chúng có thể đạt được bằng cách "mở một cuộc điều tra tốt hơn về số lượng các lỗ đen siêu nặng, đặc biệt là trong cả những thiên hà nhỏ."

[1] Seth, A. C. et al. Nature 513, 398–400 (2014).

Hien PHAN (theo Nature)

Author: Hien PHAN
Cựu thành viên CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC; giảng viên khoa Vũ trụ và Ứng dụng, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội - USTH (Đại học Việt Pháp).