Hai Lỗ đen siêu khối lượng sắp va chạm
Các nhà thiên văn đã thiên văn đã báo cáo hồi cuối tháng 2 năm 2022 rằng họ tin rằng đã phát hiện một cặp Lỗ đen siêu khối lượng gần nhau nhất từ trước tới giờ. Hai đối tượng có khoảng cách chỉ 2000 AU hay 2000 lần khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trời. Hai Lỗ đen này bị khóa trong một vòng xoáy tử thần, càng ngày càng tiến gần đến một vụ nổ siêu khổng lồ. Trong 10.000 năm nữa, các nhà thiên văn học này cho biết - một chớp mắt của thời gian vũ trụ - hai Lỗ đen này sẽ va chạm với nhau. Sự hợp nhất tuyệt vời của chúng sẽ làm rung chuyển cấu trúc không gian và thời gian, gửi sóng hấp dẫn khắp vũ trụ, như dự đoán của Albert Einstein hơn 100 năm trước.
Bài báo được đăng trên Astrophysical Journal Letters hôm 23 tháng 2.
Mô phỏng cặp Lỗ đen siêu khối lượng nằm ở trung tâm Chuẩn Tinh PKS 2131-021. Lực hấp dẫn từ một Lỗ đen (ở bên phải) làm biến dạng ánh sáng của Lỗ đen đồng hành và các tia vật chất (jets) của nó. Hình ảnh qua Caltech / R. Hurt (IPAC).
Lỗ đen, Chuẩn Tinh, Blazars
Cặp Lỗ đen này nằm trong một thiên hà cách chúng ta 9 tỷ năm ánh sáng.Chúng quay quanh một trung tâm hấp dẫn chung, hoàn thành một vòng trong thời gian xấp xỉ hai năm Trái đất. Mỗi lỗ đen siêu lớn có khối lượng gấp hàng trăm triệu khối lượng Mặt Trời.
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra bằng cách quan sát một chuẩn tinh có tên PKS 2131-021. Chuẩn tinh là lõi hoạt động của thiên hà sáng trong sóng vô tuyến, chúng sáng bởi Lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của thiên hà đang hút vật chất và tạo ra một tia vật chất phun ra ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng mà chúng ta có thể thấy trong sóng vô tuyến. Chuẩn tinh PKS 2131-021 cũng là một phần của danh mục phụ của chuẩn tinh được gọi là Blazar. Blazar là chuẩn tinh có tiavật chất hướng về phía Trái Đất.
Tại sao có nhiều tên gọi khác nhau cho các Lỗ đen siêu lớn đang hoạt động trong các thiên hà? Bởi vì khi các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện ra chúng, họ đã phân loại chúng theo cách chúng xuất hiện từ Trái Đất. Mãi sau này, họ mới nhận ra rằng tất cả đều là những góc nhìn khác nhau về một Lỗ đen ở trung tâm của một thiên hà.
Một đường cong nhẹ
Đây là một đường cong nhẹ là sự lên xuống của ánh sáng của một vật thể không gian, theo thời gian. Thiết bị này kết hợp 3 bộ quan sát vô tuyến của chuẩn tinh PKS 2131-02, được tập hợp trong hơn 45 năm. Các nhà thiên văn học đã phân tích đường cong ánh sáng này tin rằng một Lỗ đen có khối lượng lớn hơn cái còn lại. Hình ảnh qua Tony Readhead / Caltech .
Các nhà thiên văn đã thực hiện khám phá của họ bằng cách sử dụng 45 năm dữ liệu thu thập được trên Chuẩn tinh PKS 2131-021. Năm đài quan sát khác nhau đã ghi lại các quan sát về sự thay đổi định kỳ trong độ sáng vô tuyến từ chuẩn tinh. Dữ liệu vô tuyến từ những kính thiên văn này tạo ra một biểu đồ của một đường cong ánh sáng hình sin gần như hoàn hảo, dạng sóng mịn, liên tục là sản phẩm của chuyển động quỹ đạo của cặp lỗ đen dịch chuyển qua lại. Đường cong ánh sáng này không giống bất cứ thứ gì mà các nhà khoa học từng thấy từ chuẩn tinh trước đây.
Làm thế nào họ phát hiện ra nó
Tony Readhead của Caltech, một tác giả của bài báo, đã nghiên cứu về các vụ nổ từ năm 2008. Ông và các đồng nghiệp của mình đang cố gắng tìm hiểu cách các Lỗ đen biến đĩa vật liệu mà chúng tiêu thụ thành các đuôi vật chất mà chúng ta nhìn thấy. Họ đã phân tích khoảng 1.000 blazars vào năm 2020, họ phát hiện ra một trường hợp bất thường: PKS 2131-021. Readhead cho biết :PKS 2131 không chỉ thay đổi theo chu kỳ mà còn theo hình sin. Điều đó có nghĩa là có một mẫu mà chúng ta có thể theo dõi liên tục theo thời gian.
Điều này đã đặt ra câu hỏi, họ có thể theo dõi đường cong ánh sáng này bao xa?
Tích tắc như một chiếc đồng hồ
Các nhà khoa học mô tả đuôi vật chất di chuyển tới lui như tiếng tích tắc của đồng hồ. Mỗi chu kỳ của sóng sin tương ứng với một vòng trên quỹ đạo hai năm của các lỗ đen. (Lưu ý thú vị: Chu kỳ quan sát được thực tế là 5 năm do ánh sáng bị kéo dài bởi sự giãn nở của vũ trụ.) Nhóm nghiên cứu đã nhìn thấy sự tích tắc của các lỗ đen bắt đầu từ năm 1976 và trong 8 năm sau đó, đồng hồ tạm thời tắt. Các nhà khoa học đoán rằng đó là do sự thay đổi trong việc cung cấp nhiên liệu cho Lỗ đen. Sau đó, 17 năm trước, tiếng tích tắc lại bắt đầu, và nó vẫn tiếp tục kể từ đó.
Lỗ đen kép
Các nhà khoa học giả định rằng hầu hết các thiên hà lớn đều có một Lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng. Thiên hà mà nhóm nghiên cứu có lẽ đã thu được Lỗ đen siêu lớn thứ hai thông qua sự hợp nhất thiên hà.
Cặp lỗ đen quay quanh quỹ đạo đã tạo ra những gợn sóng trong không thời gian dưới dạng sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, các đài quan sát sóng hấp dẫn như Giao thoa kế Laser ( LIGO ) không thể phát hiện ra những sóng đó do tần số thấp của chúng. Trong khi các đài quan sát trong tương lai, chẳng hạn như Ăng-ten không gian giao thoa kế laser ( LISA ), có thể phát hiện ra các Lỗ đen như vậy,nguồn thông tin tốt nhất hiện tại của các nhà khoa học là phân tích các đường cong ánh sáng của chúng.
Các nhà thiên văn cũng đã phát hiện một cặp lỗ đen siêu lớn quay quanh quỹ đạo trước đó, OJ 287. Mô hình bất thường từ các lỗ đen này cho thấy chúng quay quanh nhau cứ 9 năm Trái đất một lần. Chúng có thể cách xa nhau từ 10 đến 100 lần so với PKS 2131-02.
Tham khảo:
