Hầu hết các thiên hà đều chứa một hố đen siêu khối lượng ở trung tâm. Các thiên hà phát triển bằng cách hợp nhất với các thiên hà khác, nên các nhà thiên văn học cho rằng có khả năng hai hố đen siêu khối lượng đang quay quanh nhau ở trung tâm. Tuy nhiên, việc tìm kiếm những cặp đôi này là một thách thức cực kì lớn.

Đối với một người đam mê thiên văn học, có lẽ “hệ sao đôi” là một khái niệm khá quen thuộc. Vậy có bao giờ bạn tự hỏi liệu có tồn tại một “hệ hố đen đôi” không? Đúng vậy, các nhà nghiên cứu đang mong đợi về việc tìm thấy hệ thống này - hai hố đen siêu khối lượng quay quanh nhau tại trung tâm của thiên hà.

Trong vùng không gian vô tận, các thiên hà có thể va chạm và hợp nhất với nhau, tạo thành một thiên hà lớn hơn. Khi điều này xảy ra, hai hố đen ở giữa trung tâm thiên hà - ở một khoảng cách đủ gần - chúng có thể bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn. Sự ràng buộc này kéo dài hàng triệu năm trước khi chúng hợp nhất thành một hố đen duy nhất.

Hình 1: Mô phỏng một “hệ hố đen đôi” trong vũ trụ.

Nguồn: SXS/LIGO.

Khi hai hố đen tiến lại gần nhau, chúng bắt đầu ảnh hưởng đến quỹ đạo của nhau. Cuối cùng, chúng phát ra sóng hấp dẫn - những gợn sóng này di chuyển với tốc độ ánh sáng, khiến không gian giãn ra và co lại xung quanh chúng, giống như một con sóng - được dự đoán theo Thuyết tương đối rộng của Einstein.

Mặc dù các nhà khoa học đã phát hiện sóng hấp dẫn từ các hố đen khối lượng sao hợp nhất, việc bắt giữ những gợn sóng này từ các hố đen siêu khối lượng hợp nhất là một thách thức đối với các đài quan sát sóng hấp dẫn hiện tại. Tuy nhiên, có một số phương pháp gián tiếp mà các nhà thiên văn học đang sử dụng để tìm kiếm một thiên hà sở hữu hệ thống này.

Phương pháp tìm kiếm có khả thi và hiệu quả nhất là nghiên cứu, phân tích những dữ liệu mang tính định kỳ được phát ra từ các Nhân thiên hà đang hoạt động (AGN): trong quá trình bồi tụ, khi vật chất tăng tốc tiếp cận chân trời sự kiện, nó nóng lên và phát sáng dưới dạng ánh sáng nhìn thấy, bức xạ cực tím hay tia X; hoặc cũng có thể dựa trên những quan sát về những chùm tia phản lực được phóng với vận tốc ánh sáng ra khỏi nhân thiên hà.

Dựa trên những phương pháp đã đưa ra, các nhà khoa học đã tìm thấy ứng cử viên sáng giá cho “hệ hố đen đôi” này: PG1553-153. Ánh sáng phát ra từ vật thể này sáng hơn và mờ đi sau mỗi 2,2 năm. Các mô phỏng đối với PG1553-153 đã được đưa ra để xác định liệu có phải là một “hệ hố đen đôi”. Tuy nhiên, các mô phỏng được đưa ra cần thời gian quan sát để có thể đưa ra kết luận một cách chính xác. 

Khi nghiên cứu những dữ liệu cũ về PG1553-153, các nhà thiên văn học đã tìm thấy một mô hình 20 năm bổ sung thêm bằng chứng cho giả thuyết có một “hệ hố đen đôi” ở trung tâm của PG1553+153. Nhờ đó, họ có thể ước tính tỷ lệ khối lượng của hai hố đen là 2,5:1 và quỹ đạo của chúng gần như tròn. Mặc dù những dữ liệu đang cho thấy tín hiệu khá khả quan về sự tồn tại của “hệ hố đen đôi” trong PG1553+153; tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn cần thêm nhiều bằng chứng để xác định chính xác.

Những nỗ lực trong việc tìm kiếm “hệ hố đen đôi” có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự hợp nhất của các thiên hà. Việc tìm kiếm các “hệ hố đen đôi” này không hề dễ dàng, đòi hỏi các nhà thiên văn học sử dụng các phương pháp gián tiếp và phân tích dữ liệu lịch sử từ các tấm ảnh thiên văn cũ. Bên cạnh đó, cũng thúc đẩy phát triển các công nghệ phục vụ quan sát, nghiên cứu trong lĩnh vực Thiên văn học.

------------------

Tài liệu tham khảo:

Lê Phúc Trí

Ban Nội Dung CLB Thiên Văn USAC