Các nhà thiên văn học vừa tìm thấy 1 lỗ đen siêu lớn đang cố gắng “chạy trốn” khỏi thiên hà của mình

Một lỗ đen siêu lớn, đang cố gắng di chuyển ra khỏi thiên hà của nó bởi lực hấp dẫn cực mạnh, trên quãng đường của mình, nó đã để lại một vệt khí bị ion hóa và các ngôi sao mới hình thành.

Các thiên hà va chạm và hợp nhất là một sự kiện khá phổ biến trong vũ trụ. Hầu hết các thiên hà lớn hơn mà chúng ta thấy ngày nay được hình thành trong một loạt các vụ sáp nhập thiên hà và theo dự đoán, thiên hà xoắn ốc của chính chúng ta trong tương lai cũng sẽ va vào Thiên hà Andromeda.

Khi các thiên hà hợp nhất, các lỗ đen siêu nặng của chúng cũng thường hợp nhất; bị hút bởi lực hấp dẫn của nhau, hai lỗ đen siêu lớn cuối cùng sẽ quay quanh nhau theo một vòng xoáy tử thần cho đến khi chúng va chạm và trở thành một. Đồng thời quá trình này cũng gửi những sóng hấp dẫn cực mạnh vào vũ trụ.

Nhưng những mô phỏng máy tính mới đây của chúng ra lại cho thấy rằng, sẽ có một số trường hợp dị thường xảy ra trong quá trình này, như một lỗ đen siêu lớn sẽ bị đẩy ra khỏi thiên hà. Nhà thiên văn học của Đại học Yale – Pieter van Dokkum và các đồng nghiệp của ông có thể vừa tìm thấy bằng chứng về điều đó xảy ra trong một thiên hà nhỏ có hình dạng kỳ lạ cách chúng ta khoảng 10 tỷ năm ánh sáng.

Theo hiểu biết của các nhà nghiên cứu hiện nay, lỗ đen là một vùng không-thời gian có trường hấp dẫn cực kỳ mạnh, do đó, trừ phi chúng chủ động "kiếm ăn" (hút vật chất, ánh sáng trong vũ trụ) thì con người thực sự không thể tìm thấy lỗ đen, bởi không có bức xạ điện từ nào có thể thoát khỏi lực hấp dẫn điên rồ của "con quái vật vũ trụ" này.

Trong một loạt hình ảnh gần đây từ Kính viễn vọng Không gian Hubble, van Dokkum và các đồng nghiệp của ông đã phát hiện có sự xuất hiện của một vệt hẹp ở thiên hà nhỏ.

Thiên hà thậm chí còn chưa được đặt tên, nó tương đối nhỏ, nhưng lại chứa đầy những đám mây khí dày đặc và đầy ắp sự hình thành sao mới. Từ trung tâm của nó, một vệt gần như thẳng – có thể nhìn thấy vì nó mờ hơn nhiều so với phần còn lại của thiên hà – kéo dài hơn 200 năm ánh sáng, nơi nó kết thúc bằng một vệt sáng cực tím.

Dọc theo vệt dài 200 năm ánh sáng, có sự xuất hiện của một loạt các cụm sao mới hình thành, chúng phát sáng với bức xạ ion hóa. Bằng cách đo bước sóng ánh sáng từ các ngôi sao, van Dokkum và các đồng nghiệp của ông có thể ước tính tuổi của chúng; những ngôi sao trẻ nhất là những ngôi sao xa trung tâm thiên hà nhất.

Một khi quan sát được các vật chất này, chúng ta có thể thấy lỗ đen hoạt động như thế nào.

Nếu một lỗ đen ở trong một cặp nhị phân và chủ động "ăn" lỗ đen còn lại, thì khi đó vật chất xoay quanh hố đen sẽ phát ra tia X và sóng vô tuyến mạnh mẽ. Một khi quan sát được các vật chất này, chúng ta có thể thấy lỗ đen hoạt động như thế nào.

Van Dokkum và các đồng nghiệp của ông nói rằng có vẻ như một làn sóng xung kích mạnh mẽ đã phát ra từ lõi của thiên hà, tạo ra một con đường cho chính nó và để lại một vệt khí nén, nóng, kích hoạt các vụ nổ hình thành sao sau đó.

Lời giải thích phù hợp nhất với dữ liệu từ Hubble có lẽ là đang có một lỗ đen siêu lớn đang có gắng chạy trốn. Như van Dokkum và các đồng nghiệp của ông đề xuất, khoảng 39 triệu năm trước, một vụ sáp nhập thiên hà đã đẩy một lỗ đen siêu lớn ra khỏi lõi thiên hà và ném nó vào không gian với tốc độ khoảng 360.000 dặm một giờ.

Các nhà khoa học từ lâu đã cho rằng lỗ đen siêu khối lượng có thể di chuyển ngoài không gian nhưng việc ghi lại cảnh tượng này rất khó. Trong số 10 triệu lỗ đen của Ngân Hà thì có thể có đến 7,5 triệu lỗ đen đang bị văng đi với tốc độ cực cao.

Thông thường, khi hai lỗ đen siêu lớn hợp nhất, chúng sẽ tạo thành một lỗ đen lớn hơn nằm ở trung tâm của thiên hà mới hình thành. Nhưng thỉnh thoảng, các sóng hấp dẫn từ vụ sáp nhập cũng tạo ra một lực giật lại, tạo ra một cú hích cực mạnh cho lỗ đen siêu lớn mới khiến nó lao ra khỏi lõi thiên hà.

Khi điều đó xảy ra, bạn sẽ thấy một vật thể cực kỳ nặng, cực kỳ dày đặc di chuyển với tốc độ đáng sợ xuyên qua các đám mây khí giữa các vì sao, đẩy một làn sóng hình cung về phía trước nó và kéo theo một vệt dài hydro bị ion hóa, các gợn khí nén và các vụ nổ hình thảnh những ngôi sao đằng sau nó.

Và van Dokkum và các đồng nghiệp của ông nghĩ rằng đó có thể là những gì đang xảy ra trong thiên hà nhỏ chưa được đặt tên của họ.

Các nhà khoa học dự đoán rằng có hai khả năng khiến cho lỗ đen siêu lớn di chuyển ra khỏi thiên hà của mình. Thứ nhất, đây là kết quả của hai lỗ đen va chạm và sáp nhập. Vụ sáp nhập có thể khiến lỗ đen mới giật lùi lại. Ngoài ra, lỗ đen này cũng có khả năng thuộc một hệ lỗ đen đôi hiếm thấy. "Bạn đồng hành" của nó chưa được phát hiện có thể do không phát ra tia maser.

Ý tưởng này nhận được một số hỗ trợ từ việc thiếu hoạt động đáng ngạc nhiên ở trung tâm của thiên hà nhỏ – không có lỗ đen siêu khối lượng nào được hình thành ở đó.

Van Dokkum và các đồng nghiệp của ông viết: "Hình thái học của các đặc điểm trong hình ảnh của Kính viễn vọng Không gian Hubble ấn tượng đến mức không quá khó để tìm thêm các ví dụ khác, nếu chúng tồn tại".

Khi Kính viễn vọng La mã Nancy Grace ra mắt vào năm 2027, nó có thể giúp các nhà thiên văn học phát hiện ra nhiều lỗ đen siêu lớn đang chạy trốn hơn nữa trong các thiên hà khác.

HT (theo khoahoc.tv)