Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một kho báu gồm các lỗ đen đang ăn tại trung tâm của các thiên hà lùn — các thiên hà nhỏ, mờ nhạt chứa hàng nghìn đến hàng tỷ ngôi sao nhưng rất ít khí. Khám phá này, được thực hiện bằng Công cụ quang phổ năng lượng tối (DESI), chứa một số lỗ đen khối lượng trung gian "mắt xích còn thiếu".
Đây vừa là mẫu thiên hà lùn lớn nhất có lỗ đen đang hoạt động từng được nhìn thấy vừa là lô lớn nhất các lỗ đen khối lượng trung gian khó nắm bắt từng được thu thập. Dữ liệu có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về động lực giữa quá trình tiến hóa của các thiên hà lùn và sự phát triển của các lỗ đen trong khi xây dựng mô hình tiến hóa của các lỗ đen đầu tiên trong vũ trụ.
Tuy nhiên, vẫn còn một bí ẩn liên quan đến mẫu vật này: Nhóm nghiên cứu đằng sau khám phá này đã rất ngạc nhiên khi dữ liệu của họ không chứa nhiều hơn các lỗ đen cỡ trung này.
"Khi một lỗ đen ở trung tâm của một thiên hà bắt đầu "Khi ăn, nó giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ vào môi trường xung quanh, biến đổi thành thứ mà chúng ta gọi là nhân thiên hà hoạt động", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Đại học Utah Ragadeepika Pucha cho biết trong một tuyên bố. "Hoạt động kịch tính này đóng vai trò như một ngọn hải đăng, cho phép chúng ta xác định các lỗ đen ẩn trong các thiên hà nhỏ này."
Những lỗ đen cỡ trung này được cho là di tích của các lỗ đen đầu tiên được hình thành trong vũ trụ, hoạt động như "hạt giống" của những gã khổng lồ vũ trụ mà hiện nay chúng ta gọi là lỗ đen siêu lớn.
Do đó, các lỗ đen khối lượng trung gian có thể là "mắt xích còn thiếu" trong quá trình phát triển khiến các lỗ đen khối lượng sao phát triển thành lỗ đen siêu lớn. Tuy nhiên, các lỗ đen khối lượng trung gian vẫn rất khó nắm bắt.
Người ta cho rằng các lỗ đen siêu khối lượng nằm ở trung tâm của tất cả các thiên hà lớn và khi chúng đang đói khát ăn khí và bụi, chúng khiến vật chất này phát sáng mạnh, các nhà thiên văn học gọi những vùng này là "nhân thiên hà hoạt động (AGN)".
Điều chưa rõ ràng là liệu các lỗ đen nhỏ hơn có các thiên hà, chẳng hạn như thiên hà lùn, cũng chứa các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng. Như Pucha đã giải thích ở trên, việc săn lùng các hố đen có khối lượng bất kỳ sẽ dễ dàng hơn khi chúng đang ăn.
Pucha và các đồng nghiệp đã sử dụng dữ liệu thu thập được trong năm đầu tiên của sứ mệnh kéo dài năm năm của DESI, bao gồm ánh sáng từ 410.000 thiên hà, trong đó có khoảng 115.000 thiên hà lùn.
Từ đó, nhóm nghiên cứu có thể điều tra mối liên hệ giữa quá trình tiến hóa của thiên hà lùn và quá trình tiến hóa của hố đen trung tâm của nó.
Điều này dẫn đến việc phát hiện ra 2.500 thiên hà lùn ứng cử viên có chứa AGN. Chiếm 2% tổng thể mẫu, đây là tỷ lệ cao hơn nhiều so với các mẫu tương tự khác, thường là khoảng 0,5%.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra khoảng 300 lỗ đen khối lượng trung gian. Kết quả cho thấy các nhà khoa học cho đến nay đã bỏ lỡ một số lượng lớn các lỗ đen khối lượng thấp.
Cho đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra không quá 150 ứng cử viên lỗ đen khối lượng trung gian. Điều đó có nghĩa là đợt thu thập DESI này gấp ba lần số lượng lỗ đen liên kết mất tích đã biết.
Kết quả cho thấy các nhà khoa học cho đến nay đã bỏ lỡ một số lượng lớn lỗ đen khối lượng thấp.
Trước nghiên cứu này, các nhà khoa học đã dự đoán rằng lỗ đen trong các thiên hà lùn nằm trong phạm vi khối lượng của lỗ đen khối lượng trung gian.
Điều thú vị là dữ liệu này cho thấy chỉ có 70 lỗ đen khối lượng trung gian ứng cử viên hố đen tương ứng với AGN thiên hà lùn.
Câu chuyện liên quan:
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện những chấm đỏ nhỏ đang nuôi dưỡng hố đen: 'Đây là cách bạn giải quyết một vấn đề phá vỡ vũ trụ'
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra bộ sưu tập sao phá kỷ lục trong thiên hà xa xôi
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra hố đen có thể phá vỡ quá trình hình thành sao
Do đó, bằng cách phát hiện ra nhóm hố đen khối lượng trung gian lớn nhất cho đến nay, DESI có thể khiến các nhà khoa học có nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời. May mắn thay, nhóm nghiên cứu này rất muốn giải quyết những câu đố mới này.
"Ví dụ, có mối quan hệ nào giữa cơ chế hình thành hố đen và các loại thiên hà mà chúng sinh sống không?" Pucha kết luận. "Sự phong phú của các ứng cử viên mới sẽ giúp chúng ta đi sâu hơn vào những bí ẩn này, làm phong phú thêm hiểu biết của chúng ta về hố đen và vai trò quan trọng của chúng trong quá trình tiến hóa của thiên hà."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 19 tháng 2) trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Đây vừa là mẫu thiên hà lùn lớn nhất có lỗ đen đang hoạt động từng được nhìn thấy vừa là lô lớn nhất các lỗ đen khối lượng trung gian khó nắm bắt từng được thu thập. Dữ liệu có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về động lực giữa quá trình tiến hóa của các thiên hà lùn và sự phát triển của các lỗ đen trong khi xây dựng mô hình tiến hóa của các lỗ đen đầu tiên trong vũ trụ.
Tuy nhiên, vẫn còn một bí ẩn liên quan đến mẫu vật này: Nhóm nghiên cứu đằng sau khám phá này đã rất ngạc nhiên khi dữ liệu của họ không chứa nhiều hơn các lỗ đen cỡ trung này.
"Khi một lỗ đen ở trung tâm của một thiên hà bắt đầu "Khi ăn, nó giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ vào môi trường xung quanh, biến đổi thành thứ mà chúng ta gọi là nhân thiên hà hoạt động", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu tại Đại học Utah Ragadeepika Pucha cho biết trong một tuyên bố. "Hoạt động kịch tính này đóng vai trò như một ngọn hải đăng, cho phép chúng ta xác định các lỗ đen ẩn trong các thiên hà nhỏ này."
Một số lỗ đen cỡ trung là những kẻ ăn lớn
Các lỗ đen khối lượng trung gian rất hấp dẫn đối với các nhà khoa học vì chúng dường như tồn tại trong khoảng cách khối lượng khổng lồ giữa các lỗ đen khối lượng sao, có khối lượng lên tới 1.000 lần khối lượng của mặt trời, và các lỗ đen siêu lớn, có khối lượng gấp hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ lần khối lượng của ngôi sao của chúng ta.Những lỗ đen cỡ trung này được cho là di tích của các lỗ đen đầu tiên được hình thành trong vũ trụ, hoạt động như "hạt giống" của những gã khổng lồ vũ trụ mà hiện nay chúng ta gọi là lỗ đen siêu lớn.
Do đó, các lỗ đen khối lượng trung gian có thể là "mắt xích còn thiếu" trong quá trình phát triển khiến các lỗ đen khối lượng sao phát triển thành lỗ đen siêu lớn. Tuy nhiên, các lỗ đen khối lượng trung gian vẫn rất khó nắm bắt.
Người ta cho rằng các lỗ đen siêu khối lượng nằm ở trung tâm của tất cả các thiên hà lớn và khi chúng đang đói khát ăn khí và bụi, chúng khiến vật chất này phát sáng mạnh, các nhà thiên văn học gọi những vùng này là "nhân thiên hà hoạt động (AGN)".
Điều chưa rõ ràng là liệu các lỗ đen nhỏ hơn có các thiên hà, chẳng hạn như thiên hà lùn, cũng chứa các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng. Như Pucha đã giải thích ở trên, việc săn lùng các hố đen có khối lượng bất kỳ sẽ dễ dàng hơn khi chúng đang ăn.
DESI tham gia cuộc săn lùng các hố đen liên kết bị thiếu
DESI, được gắn trên Kính viễn vọng Nicholas U. Mayall 4 mét tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak, là lý tưởng cho cuộc điều tra này vì nó có khả năng thu được ánh sáng từ 5.000 thiên hà cùng lúc.Pucha và các đồng nghiệp đã sử dụng dữ liệu thu thập được trong năm đầu tiên của sứ mệnh kéo dài năm năm của DESI, bao gồm ánh sáng từ 410.000 thiên hà, trong đó có khoảng 115.000 thiên hà lùn.
Từ đó, nhóm nghiên cứu có thể điều tra mối liên hệ giữa quá trình tiến hóa của thiên hà lùn và quá trình tiến hóa của hố đen trung tâm của nó.
Điều này dẫn đến việc phát hiện ra 2.500 thiên hà lùn ứng cử viên có chứa AGN. Chiếm 2% tổng thể mẫu, đây là tỷ lệ cao hơn nhiều so với các mẫu tương tự khác, thường là khoảng 0,5%.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra khoảng 300 lỗ đen khối lượng trung gian. Kết quả cho thấy các nhà khoa học cho đến nay đã bỏ lỡ một số lượng lớn các lỗ đen khối lượng thấp.
Cho đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra không quá 150 ứng cử viên lỗ đen khối lượng trung gian. Điều đó có nghĩa là đợt thu thập DESI này gấp ba lần số lượng lỗ đen liên kết mất tích đã biết.
Kết quả cho thấy các nhà khoa học cho đến nay đã bỏ lỡ một số lượng lớn lỗ đen khối lượng thấp.
Trước nghiên cứu này, các nhà khoa học đã dự đoán rằng lỗ đen trong các thiên hà lùn nằm trong phạm vi khối lượng của lỗ đen khối lượng trung gian.
Điều thú vị là dữ liệu này cho thấy chỉ có 70 lỗ đen khối lượng trung gian ứng cử viên hố đen tương ứng với AGN thiên hà lùn.
Câu chuyện liên quan:
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện những chấm đỏ nhỏ đang nuôi dưỡng hố đen: 'Đây là cách bạn giải quyết một vấn đề phá vỡ vũ trụ'
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra bộ sưu tập sao phá kỷ lục trong thiên hà xa xôi
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra hố đen có thể phá vỡ quá trình hình thành sao
Do đó, bằng cách phát hiện ra nhóm hố đen khối lượng trung gian lớn nhất cho đến nay, DESI có thể khiến các nhà khoa học có nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời. May mắn thay, nhóm nghiên cứu này rất muốn giải quyết những câu đố mới này.
"Ví dụ, có mối quan hệ nào giữa cơ chế hình thành hố đen và các loại thiên hà mà chúng sinh sống không?" Pucha kết luận. "Sự phong phú của các ứng cử viên mới sẽ giúp chúng ta đi sâu hơn vào những bí ẩn này, làm phong phú thêm hiểu biết của chúng ta về hố đen và vai trò quan trọng của chúng trong quá trình tiến hóa của thiên hà."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Tư (ngày 19 tháng 2) trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
