Vụ nổ từ vũ trụ sơ khai chiếu sáng lỗ đen bí mật
Ánh sáng phát ra từ một vụ nổ trong vũ trụ sơ khai đã chiếu sáng một lỗ đen mà các nhà thiên văn học cho rằng có thể mở rộng hiểu biết của họ về cách các thiên thể hình thành.
Ba tỷ năm trước, một vụ nổ tia gamma (được gọi là GRB 950830) đã phát nổ trong vũ trụ. Năm 1995, các nhà thiên văn quan sát sự kiện này, về cơ bản là quan sát "ngược thời gian" bằng thí nghiệm vật lý thiên văn năng lượng cao BATSE (Burst And Transient Source Experiment) trên Đài quan sát Compton Gamma-Ray, được phóng vào năm 1991 trên tàu con thoi Atlantis. Giờ đây, các nhà thiên văn học đã sử dụng ánh sáng phát ra từ vụ nổ cổ đại để phát hiện một lỗ đen có khối lượng trung bình (IMBH), rất khó phát hiện.
Ánh sáng phát ra từ vụ nổ tia gamma cho phép nhóm nghiên cứu sử dụng một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn để tìm IMBH. Phát hiện này ủng hộ sự tồn tại của IMBH, vì chúng rất khó phát hiện đến mức một số nhà khoa học đặt câu hỏi liệu chúng có thật hay không. Công trình này cũng làm sáng tỏ cách các loại lỗ đen khác nhau có thể hình thành và cách các lỗ đen siêu lớn (SMBH) có thể có khối lượng lớn như vậy.
Các lỗ đen có khối lượng trung bình có khối lượng khá lớn: lớn hơn lỗ đen sao (SBH) nhưng không lớn bằng SMBH, có lẽ chúng có khối lượng gấp 100 đến 100.000 lần khối lượng của mặt trời chúng ta.
Theo NASA, những lỗ đen cỡ trung bình này đặc biệt khó phát hiện "bởi vì chúng nhỏ hơn và kém hoạt động hơn các lỗ đen siêu lớn; chúng không có sẵn nguồn nhiên liệu, cũng như không có lực hấp dẫn mạnh để hút các ngôi sao và vật chất vũ trụ khác có thể tạo ra".
James Paynter, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Melbourne ở Australia, người đứng đầu nghiên cứu này, nói với Space.com: “Nếu một lỗ đen không phải là vật chất tích tụ thì rất khó phát hiện, vì theo tên gọi và bản chất, chúng có màu đen”. "Chỉ những tác động của lực hấp dẫn của chúng mới có thể phản bội lại sự tồn tại của một hố đen tĩnh lặng."
Tuy nhiên, trong khi các IMBH có thể không dễ dàng được phát hiện bởi phát xạ tia X phát sáng như một lỗ đen siêu lớn, các nhà khoa học trong nghiên cứu mới này đã có thể sử dụng thấu kính hấp dẫn để thực hiện thủ thuật. Thấu kính hấp dẫn là hiện tượng xảy ra khi một vật thể (như lỗ đen) hoạt động giống như thấu kính, làm biến dạng ánh sáng đến từ một nguồn sáng ở xa (giống như một vụ nổ vũ trụ). Sự biến dạng này báo hiệu cho các nhà thiên văn học rằng phải có một vật thể lớn cản đường.
Để tiến thêm một bước và xác định loại vật thể nào gây ra hiện tượng thấu kính này, nhóm nghiên cứu phải xác định khối lượng của nó. Vì khối lượng của vật thể nằm trong phạm vi của một IMBH, họ quyết định đó là khả năng có thể xảy ra nhất. Họ cũng có thể loại bỏ các đối thủ cạnh tranh như các cụm sao cầu vì không đủ dày đặc và các quầng vật chất tối không đủ nhỏ để gây ra thấu kính hấp dẫn.
Rachel Webster, một nhà thiên văn học tại Đại học Melbourne và là đồng tác giả của nghiên cứu này, nói với Space.com rằng: "bằng cách phát hiện ra IMBH bằng cách sử dụng kỹ thuật này, nó cho chúng ta biết điều gì đó về mức độ phổ biến của chúng [IMBH]. Nếu chúng là rất, rất hiếm thì chúng ta sẽ khó có thể nhìn thấy dù chỉ một trường hợp thấu kính hấp dẫn. Tất cả chỉ là về thống kê và xác suất."
Việc phát hiện IMBH này cũng có thể tiết lộ thông tin về những người anh em họ lớn hơn của chúng, SMBH. Paynter nói: "Điều quan trọng là phải phát hiện ra những vật thể này để lấp đầy khoảng trống quan sát giữa các lỗ đen sao (SBH) và SMBH. Hiện tại, chúng tôi không biết làm thế nào mà SMBH có thể phát triển thành khối lượng khổng lồ như vậy trong thời đại vũ trụ. Đơn giản là không có đủ thứ để chúng tích tụ, cũng như không đủ thời gian."
Các nhà khoa học hy vọng manh mối của câu đố về SMBH có thể nằm ở IMBH. "Nếu một quần thể IMBH hạt giống tồn tại, nó sẽ bắt đầu lấp đầy khoảng trống này. IMBH đến từ đâu lại là một vấn đề khác ... chúng có thể được hình thành từ sự hợp nhất / sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ, thuần Hydro trong vũ trụ sơ khai, hoặc chúng có thể là các lỗ đen nguyên thủy cũ hơn được hình thành trong giai đoạn đầu tiên của vũ trụ ", Paynter nói thêm.
Mặc dù công trình này là một bước tiến trong việc không chỉ chứng minh sự tồn tại của IMBH mà còn trong việc khám phá cách các loại lỗ đen khác nhau phát triển và tồn tại trong vũ trụ, vẫn còn nhiều điều cần được khám phá và học hỏi về IMBH này.
"Bây giờ chúng tôi không biết liệu IMBH này có đang lang thang trong vũ trụ một mình hay nó có liên kết với một thiên hà hoặc cụm sao hay không. Vì vậy, trong khi chúng tôi có thể ước tính mức độ phổ biến của những vật thể này trong vũ trụ, chúng tôi không thể xác định chính xác". Paynter nói.
(Theo Space.com)
Ba tỷ năm trước, một vụ nổ tia gamma (được gọi là GRB 950830) đã phát nổ trong vũ trụ. Năm 1995, các nhà thiên văn quan sát sự kiện này, về cơ bản là quan sát "ngược thời gian" bằng thí nghiệm vật lý thiên văn năng lượng cao BATSE (Burst And Transient Source Experiment) trên Đài quan sát Compton Gamma-Ray, được phóng vào năm 1991 trên tàu con thoi Atlantis. Giờ đây, các nhà thiên văn học đã sử dụng ánh sáng phát ra từ vụ nổ cổ đại để phát hiện một lỗ đen có khối lượng trung bình (IMBH), rất khó phát hiện.
 |
| Ảnh minh họa một lỗ đen mới được phát hiện thông qua thấu kính hấp dẫn sử dụng ánh sáng từ một vụ nổ vũ trụ cổ đại. (Hình ảnh: Carl Knox, OzGrav) |
Ánh sáng phát ra từ vụ nổ tia gamma cho phép nhóm nghiên cứu sử dụng một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn để tìm IMBH. Phát hiện này ủng hộ sự tồn tại của IMBH, vì chúng rất khó phát hiện đến mức một số nhà khoa học đặt câu hỏi liệu chúng có thật hay không. Công trình này cũng làm sáng tỏ cách các loại lỗ đen khác nhau có thể hình thành và cách các lỗ đen siêu lớn (SMBH) có thể có khối lượng lớn như vậy.
Các lỗ đen có khối lượng trung bình có khối lượng khá lớn: lớn hơn lỗ đen sao (SBH) nhưng không lớn bằng SMBH, có lẽ chúng có khối lượng gấp 100 đến 100.000 lần khối lượng của mặt trời chúng ta.
Theo NASA, những lỗ đen cỡ trung bình này đặc biệt khó phát hiện "bởi vì chúng nhỏ hơn và kém hoạt động hơn các lỗ đen siêu lớn; chúng không có sẵn nguồn nhiên liệu, cũng như không có lực hấp dẫn mạnh để hút các ngôi sao và vật chất vũ trụ khác có thể tạo ra".
James Paynter, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Melbourne ở Australia, người đứng đầu nghiên cứu này, nói với Space.com: “Nếu một lỗ đen không phải là vật chất tích tụ thì rất khó phát hiện, vì theo tên gọi và bản chất, chúng có màu đen”. "Chỉ những tác động của lực hấp dẫn của chúng mới có thể phản bội lại sự tồn tại của một hố đen tĩnh lặng."
Tuy nhiên, trong khi các IMBH có thể không dễ dàng được phát hiện bởi phát xạ tia X phát sáng như một lỗ đen siêu lớn, các nhà khoa học trong nghiên cứu mới này đã có thể sử dụng thấu kính hấp dẫn để thực hiện thủ thuật. Thấu kính hấp dẫn là hiện tượng xảy ra khi một vật thể (như lỗ đen) hoạt động giống như thấu kính, làm biến dạng ánh sáng đến từ một nguồn sáng ở xa (giống như một vụ nổ vũ trụ). Sự biến dạng này báo hiệu cho các nhà thiên văn học rằng phải có một vật thể lớn cản đường.
Để tiến thêm một bước và xác định loại vật thể nào gây ra hiện tượng thấu kính này, nhóm nghiên cứu phải xác định khối lượng của nó. Vì khối lượng của vật thể nằm trong phạm vi của một IMBH, họ quyết định đó là khả năng có thể xảy ra nhất. Họ cũng có thể loại bỏ các đối thủ cạnh tranh như các cụm sao cầu vì không đủ dày đặc và các quầng vật chất tối không đủ nhỏ để gây ra thấu kính hấp dẫn.
Rachel Webster, một nhà thiên văn học tại Đại học Melbourne và là đồng tác giả của nghiên cứu này, nói với Space.com rằng: "bằng cách phát hiện ra IMBH bằng cách sử dụng kỹ thuật này, nó cho chúng ta biết điều gì đó về mức độ phổ biến của chúng [IMBH]. Nếu chúng là rất, rất hiếm thì chúng ta sẽ khó có thể nhìn thấy dù chỉ một trường hợp thấu kính hấp dẫn. Tất cả chỉ là về thống kê và xác suất."
Việc phát hiện IMBH này cũng có thể tiết lộ thông tin về những người anh em họ lớn hơn của chúng, SMBH. Paynter nói: "Điều quan trọng là phải phát hiện ra những vật thể này để lấp đầy khoảng trống quan sát giữa các lỗ đen sao (SBH) và SMBH. Hiện tại, chúng tôi không biết làm thế nào mà SMBH có thể phát triển thành khối lượng khổng lồ như vậy trong thời đại vũ trụ. Đơn giản là không có đủ thứ để chúng tích tụ, cũng như không đủ thời gian."
Các nhà khoa học hy vọng manh mối của câu đố về SMBH có thể nằm ở IMBH. "Nếu một quần thể IMBH hạt giống tồn tại, nó sẽ bắt đầu lấp đầy khoảng trống này. IMBH đến từ đâu lại là một vấn đề khác ... chúng có thể được hình thành từ sự hợp nhất / sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ, thuần Hydro trong vũ trụ sơ khai, hoặc chúng có thể là các lỗ đen nguyên thủy cũ hơn được hình thành trong giai đoạn đầu tiên của vũ trụ ", Paynter nói thêm.
Mặc dù công trình này là một bước tiến trong việc không chỉ chứng minh sự tồn tại của IMBH mà còn trong việc khám phá cách các loại lỗ đen khác nhau phát triển và tồn tại trong vũ trụ, vẫn còn nhiều điều cần được khám phá và học hỏi về IMBH này.
"Bây giờ chúng tôi không biết liệu IMBH này có đang lang thang trong vũ trụ một mình hay nó có liên kết với một thiên hà hoặc cụm sao hay không. Vì vậy, trong khi chúng tôi có thể ước tính mức độ phổ biến của những vật thể này trong vũ trụ, chúng tôi không thể xác định chính xác". Paynter nói.
(Theo Space.com)
Comments
Post a Comment