Hố đen trong NGC 3258: 'Quái vật' khổng lồ của vũ trụ
Theo tin tức vũ trụ gần đây nhất, sau khi phân tích dữ liệu thu được từ kính thiên văn vô tuyến lớn nhất thế giới ALMA(1) đặt tại sa mạc miền bắc Chile, các nhà khoa học đã quan sát được một hố đen (lỗ đen) siêu lớn nằm ngay trung tâm thiên hà hình elip khổng lồ NGC 3258, cách Trái Đất khoảng 100 triệu năm ánh sáng(2).
Điều đặc biệt là hố đen này lớn đến mức... không tưởng: Nặng gấp 2,25 tỷ khối lượng Mặt Trời(3).
Trong bài báo đăng trên Tạp chí The Astrophysical Journal, nhóm các nhà thiên văn học thực hiện nghiên cứu này cho hay: Với khối lượng gấp 2,25 tỷ khối lượng Mặt Trời, hố đen ở trung tâm thiên hà NGC 3258 là hố đen lớn nhất trong lịch sử quan sát của kính thiên văn ALMA(4) tính cho đến nay.
"Việc quan sát chuyển động của đĩa bồi tụ(5) quanh hố đen đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định khối lượng của hố đen. Những quan sát mới nhất về thiên hà khổng lồ NGC 3258 và hố đen siêu lớn của nó đã chứng minh sức mạnh đáng kinh ngạc của kính thiên văn mặt đất đắt nhất thế giới ALMA trong hành trình lập mô hình chuyển động của đĩa bồi tụ quanh hố đen chi tiết đến không ngờ này." - Tiến sĩ Benjamin Boizelle thuộc Đại học Texas A&M (Mỹ), tác giả chính của công trình về hố đen của thiên hà NGC 3258, nhận định.
Hình ảnh mô phỏng đĩa bồi tụ quanh một hố đen siêu lớn. Nguồn: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Các nhà thiên văn học có thể áp dụng một số kỹ thuật để xác định khối lượng của hố đen. Trong các thiên hà hình elip khổng lồ, hầu hết các phép đo đến từ việc quan sát chuyển động quỹ đạo của các ngôi sao xung quanh lỗ đen, được chụp dưới ánh sáng khả kiến (phổ nhìn thấy được) hoặc hồng ngoại.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại ALMA đã phát triển một cách mới để quan sát và phân tích hố đen trong các thiên hà hình elip khổng lồ:
"Bằng cách sử dụng kính thiên văn ALMA, nhóm của chúng tôi đã khảo sát các thiên hà gần đó trong nhiều năm để tìm và nghiên cứu đĩa bồi tụ quay quanh các lỗ đen khổng lồ. Cuối cùng, thiên hà khổng lồ NGC 3258 là đích đến tốt nhất mà chúng tôi có thể quan sát được, bởi chúng tôi có thể quan sát hố đen tại trung tâm của nó, định vị đĩa bồi tụ cũng như khối lượng của hố đen này.
Đây là một trong những phép đo khối lượng chính xác nhất cho bất kỳ hố đen nào bên ngoài Dải Ngân hà." - Aaron Barth - Tiến sĩ, giáo sư thiên văn học và vật lý thuộc Đại học California (Mỹ), đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.
ALMA thực hiện các phép đo chính xác nhất về khí lạnh xoáy quanh một lỗ đen siêu lớn - khổng lồ vũ trụ ở trung tâm của thiên hà hình elip khổng lồ NGC 3258. Công trình của: ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / B. Boizelle / AUI / NSF / S. Dagnello / Hubble Space Telescope / NASA / ESA / Carnegie-Irvine Galaxy Survey.
Khoảng 10% các thiên hà hình elip chứa các đĩa khí lạnh, dày đặc xoay tròn tại trung tâm của chúng. Những đĩa này chứa khí carbon monoxide (CO), có thể quan sát được bằng kính viễn vọng vô tuyến bước sóng milimet (cụ thể là ALMA).
Bằng cách sử dụng sự dịch chuyển Doppler(6) của phát xạ từ các phân tử CO, các nhà thiên văn học có thể đo được vận tốc của các đám mây khí quay quanh và ALMA thậm chí có thể quan sát chuyển động trong trung tâm của thiên hà nơi tốc độ quỹ đạo cao nhất.
Dữ liệu của ALMA cho thấy, tốc độ của đĩa bồi tụ tăng từ 1 triệu km/giờ ở rìa ngoài - đến gần 3 triệu km/giờ ở gần trung tâm. Rìa ngoài cách lỗ đen khoảng 500 năm ánh sáng, trong khi trung tâm của đĩa cách hố đen của nó 65 năm ánh sáng.
Đó là cách giới thiên văn học phát hiện hố đen khổng lồ nhất trong lịch sử của ALMA.
Còn đó câu hỏi lớn về 'quái vật vũ trụ': Bí ẩn đầy hấp dẫn của khoa học
Về bản chất, hố đen sinh ra từ 'cái chết' của một ngôi sao. Hiểu đơn giản, khi một ngôi sao bước vào giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa sao, nó sẽ phồng lên, mất dần khối lượng rồi đánh dấu sự hủy diệt bằng một vụ nổ khổng lồ. Tuy nhiên, mọi việc chưa kết thúc ở đó. Sau vụ nổ sẽ để lại lõi sao, nếu lõi sao khổng lồ sụp đổ thành một điểm nhỏ vô hạn thì một hố đen sẽ được sinh ra.
Tiến sĩ Benjamin Boizelle, tác giả chính của công trình về hố đen của thiên hà NGC 3258. Ảnh: Đại học Texas A&M
Hố đen khi đó có một trường hấp dẫn mạnh đến mức nó có thể điên cuồng kéo (hút, nuốt chửng) mọi thứ trong 'tầm tay' của nó, gồm khí, bụi liên sao, ánh sáng... Lực kéo mạnh đến mức, thời gian có thể bị bóp méo nếu đến gần rìa (gọi là chân trời sự kiện) của nó. (Đọc bài chi tiết về cấu tạo và sức mạnh hố đen, tại đây).
Với giới thiên văn học, việc hố đen sở hữu sức mạnh khủng khiếp như vậy đã khiến họ phải gọi chúng là những 'con quái vật vũ trụ' khổng lồ và bí ẩn.
Sức hấp dẫn bí ẩn của hố đen càng khiến các nhà nghiên cứu phấn khích khi vào năm 2018, giới khoa học biết về sự tồn tại của một hố đen siêu lớn nằm ngay trung tâm thiên hà của chúng ta (Dải Ngân hà) có tên là Sagittarius A*; hay bức ảnh đầu tiên chứng minh sự tồn tại của hố đen do Kính thiên văn Chân trời sự kiện (EHT) công bố hồi tháng 4/2019 (Hố đen 6,5 tỷ lần khối lượng Mặt Trời, nằm trong thiên hà Messier 87, cách chúng ta 53 triệu năm ánh sáng).
Việc sử dụng ALMA và quan sát được hố đen khổng lồ thông qua đĩa bồi tụ chuyển động quanh chúng chưa thể giải quyết câu hỏi lớn đối với giới thiên văn học, đó là: Hố đen 'nuốt' vật chất như vậy, liệu nó có 'nhả' vật chất ở đâu đó hay không?
Tuy nhiên, vốn sẵn hấp dẫn, hố đen sẽ tiếp tục là một trong những bí ẩn thu hút sự tìm tòi, giải mã của các nhà nghiên cứu thế giới. Đó là lý do, một ngày nào đó, câu hỏi lớn kia sẽ được giải đáp!
Chú thích:
(1) Kính thiên văn ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array, tạm dịch: Hệ thống đo đạc lớn phổ miilimet và ngắn hơn)
(2) Năm ánh sáng là đơn vị thiên văn. 1 năm ánh sáng tương đương 9,5 nghìn tỷ km.
(3) Khối lượng Mặt Trời: Xấp xỉ bằng 1,99 × 1030 kg, bằng khoảng hơn 332.000 lần khối lượng Trái Đất.
(4) ALMA là kính thiên văn vô tuyến lớn nhất thế giới, đồng thời là kính thiên văn dưới mặt đất đắt đỏ nhất thế giới (1,4 tỷ USD). ALMA bắt đầu đi vào hoạt động năm 2011. ALMA là dự án quốc tế của châu Âu, Mỹ, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc, Chile và Đài Loan (Trung Quốc).
(5) Đĩa bồi tụ (hay đĩa bồi đắp) là một cấu trúc được hình thành bởi vật chất, chuyển động theo quỹ đạo xung quanh một vật trung tâm có khối lượng lớn, bị phân tán thành đĩa.
(6) Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt tên theo nhà toán học và vật lý học người Áo Christian Andreas Doppler (1803-1853), trong đó tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi mà nguồn phát sóng chuyển động tương đối với người quan sát.
Bài viết sử dụng nguồn: Sci-news, Inverse
* Đọc bài cùng tác giả Trang Ly tại đây.