Khám phá 300 lỗ đen trung bình và hơn 2.500 lỗ đen hoạt động trong các thiên hà lùn
Bằng việc sử dụng dữ liệu ban đầu từ Thiết bị Quang phổ năng lượng tối (DESI), một nhóm nghiên cứu đã chọn lọc được số lượng các thiên hà lùn là nơi trú ngụ của các lỗ đen cũng như bộ sưu tập các lỗ đen có khối lượng trung bình lớn nhất từ trước cho đến nay.
Công trình đã được xuất bản trên tạp chí The Astrophysical Journal.
Kết quả này không chỉ mở rộng hiểu biết của các nhà khoa học về quần thể lỗ đen trong vũ trụ mà còn thiết lập sân chơi mới cho những khám phá sự hình thành của các lỗ đen đầu tiên trong vũ trụ và vai trò của chúng trong tiến hóa thiên hà.
DESI là thiết bị tối tân có thể nắm bắt được ánh sáng từ 5.000 thiên hà một cách đồng thời, kết hợp các thiết bị do Quỹ Khoa học quốc gia Mỹ (NSF) tài trợ là Kính viễn vọng Nicholas U. Mayall tại đài quan sát quốc gia NSF Kitt Peak qua chương trình NSF NOIRLab. Hiện chương trình này đang ở năm thứ tư trong nghiên cứu kéo dài năm năm, được thiết kế để quan sát khoảng 40 triệu thiên hà và chuẩn tinh.
Dự án DESI thu hút hơn 900 nhà nghiên cứu từ 70 viện nghiên cứu trên toàn thế giới và do Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley của Bộ Năng lượng Mỹ (Berkeley Lab) quản lý.
Với dữ liệu ban đầu của DESI, vốn bao gồm đánh giá cuộc khảo sát và 20% dữ liệu thu được từ năm vận hành đầu tiên, nhóm nghiên cứu, do Ragadeepika Pucha, một postdoc của ĐH Utah, dẫn dắt, đã có thể thu được một bộ dữ liệu chưa từng có với phổ của 410.000 thiên hà, bao gồm khoảng 115.000 thiên hà lùn – những thiên hà nhỏ, khuếch tán chứa hàng ngàn đến hàng tỉ tỉ các ngôi sao và khí.
Điều này cho phép Pucha và nhóm nghiên cứu của cô khám phá sự tác động qua lại đầy phức tạp giữa sự tiến hóa của lỗ đen và sự tiến hóa của thiên hà lùn.
Dẫu các nhà vật lý thiên văn tin là mọi thiên hà cực lớn như Ngân hà của chúng ta, là thiên hà chủ của các lỗ đen tại tâm của nó, bức tranh này lại trở nên thiếu rõ ràng khi người ta chuyển sang các thiên hà nhỏ trong bảng phổ.
Việc phát hiện được các lỗ đen tự nó đã là thách thức nhưng nhận diện chúng trong các thiên hà lùn còn khó khăn hơn nhiều, chủ yếu do kích thước nhỏ của chúng và năng lực giới hạn của các thiết bị mà chúng ta với các vùng không gian gần với các vật thể đó. Một lỗ đen đang tiến hóa thì dễ phát hiện hơn.
“Khi một lỗ đen ở tâm thiên hà bắt đầu hút các vật thể, nó phát ra một lượng năng lượng khổng lồ ra xung quanh, chuyển thành cái mà chúng ta gọi là nhân thiên hà hoạt động”, Pucha nói.
“Hành động khủng khiếp đó như một ngọn hải đăng, cho phép chúng tôi nhận diện được các lỗ đen ẩn trong các thiên hà nhỏ”.
Từ cuộc tìm kiếm của mình, nhóm nghiên cứu nhận ra khoảng 2.500 thiên hà lùn ứng viên là chủ của một nhân thiên hà hoạt động (AGN) – số lượng lớn nhất từ trước đến nay được phát hiện về AGN. Tỉ lệ các thiên hà lùn cao hơn đáng kể một nhân thiên hà hoạt động (2%) so với các nghiên cứu trước đây (khoảng 0,5%) là một kết quả đáng chú ý và cho thấy các nhà khoa học đã từng để lỡ một lượng lớn các lỗ đen khối lượng nhỏ chưa được khám phá.
Trong một nghiên cứu khác cũng từ khai thác dữ liệu DESI, nhóm nghiên cứu đã nhận diện được 300 ứng viên là các lỗ đen khối lượng trung bình – một con số lớn nhất từ trước đến nay. Phần lớn các lỗ đen đều nhẹ (nhỏ hơn 100 khối lượng mặt trời) hoặc siêu khối lượng (lớn hơn một triệu lần so với khối lượng mặt trời).
Các lỗ đen ở giữa hai thái cực khối lượng này còn chưa được hiểu biết nhiều và mô tả về lý thuyết đều dựa trên những lỗ đen ban đầu được hình thành trong vũ trụ sớm, và các hạt mầm của lỗ đen siêu khối lượng nằm tại tâm các thiên hà ngày nay.
Do vẫn còn khó nắm bắt chúng nên chỉ có khoảng 100 đến 150 lõ đen khối lượng trung bình được biết đến. Với một quần thể lỗ đen lớn do DESI phát hiện ra, các nhà khoa học giờ có một bộ dữ liệu quan trọng để sử dụng cho nghiên cứu về các bí ẩn vũ trụ đó.
“Thiết kế công nghệ của DESI rất quan trong với dự án này, cụ thể ở kích thước sợi cáp nhỏ của nó, cho phép chúng tôi nhìn vào tâm của các thiên hà và nhận diện được các tín hiệu mơ hồ của các lỗ đen đang hoạt động”, theo Stephanie Juneau, một nhà thiên văn học tại NSF NOIRLab và đồng tác giả nghiên cứu.
“Cùng sơ đồ phổ sợi khác với những sợi cáp lớn hơn, nhiều ánh sáng sao từ vùng ngoại thiên hà này và khuếch tán các tín hiệu mà chúng tôi đang tìm kiếm. Điều này giải thích tại sao chúng tôi thiết kế nghiên cứu để tìm kiếm một phần lớn hơn các lỗ đen hoạt động so với những nghiên cứu trước”.
Cụ thể, các lỗ đen được tìm thấy trong các thiên hà lùn đều được chờ đợi trong cơ chế khối lượng trung bình nhưng thật bất ngờ là chỉ 70 trong số các ứng viên lỗ đen có khối lượng trung gian mới được khám phá trung với các ứng viên nhân thiên hà hoạt động lùn. Điều này tăng thêm một lớp thú vị khác cho phát hiện mới và làm dấy lên những câu hỏi về sự hình thành lỗ đen và tiến hóa trong các thiên hà.
“Ví dụ, liệu có bất kỳ mối liên hệ nào giữa các cơ chế hình thành lỗ đen và các dạng thiên hà chúng trú ngụ?”, Pucha nói.
“Những ứng viên đông đảo của chúng tôi sẽ giúp chúng tôi đào sâu hơn những bí ẩn đó, làm giàu hiểu biết của chúng tôi về lỗ đen và vai trò then chốt của chúng trong tiến hóa thiên hà”.
Anh Vũ dịch từ NSF NOIRLab
Nguồn: https://noirlab.edu/public/news/noirlab2508/?lang
