Phát hiện dạng phôi thai của các lỗ đen lớn ở trung tâm Dải Ngân Hà

Các nhà khoa học tại đại học Keio (Nhật Bản) cho biết họ vừa phát hiện ra các đám mây khí và bụi cực lớn ở trung tâm của thiên hà Milky Way (tức dải ngân hà của mà chúng ta đang sống).
Theo dự đoán, những đám mây khí này có thể trở thành các lỗ đen có khối lượng trunh bình trong thời gian tới, trước khi nó tiến triển thành một lỗ đen cực lớn sau đó. Vị trí của đám mây khí được phát hiện nằm cách hệ mặt trời khoảng 30.000 năm ánh sáng, tức 2,83815852 × 10^17 (17 số 0 ) km.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ở gần tâm của Dải ngân hà tồn tại các đám mây khí có nhiệt độ trung bình lên tới 50 độ Kelvin (-223 độ C, tức là khá nóng so với nhiệt độ phông nền vũ trụ là 2,7 độ Kelvin) và có mật độ khá đậm đặc 10.000 phân tử Hydro/cm khối. Các quan sát chỉ ra 3 trong số các đám mây khí này đang mở rộng dần và theo suy đoán đó là kết quả của các vụ nổ của các siêu sao (những ngôi sao-những mặt trời khác có khối lượng lớn hơn rất nhiều so với Mặt Trời của chúng ta).

Dữ liệu hình ảnh từ đám mây khí có tốc độ giãn nở nhanh nhất cho thấy đây là kết quả gây ra bởi vụ nổ của 200 siêu sao trong lòng nó. Các nhà khoa học ước lượng tuổi của các đám mây khí vào khoảng 60.000 năm, tức là chúng hoàn là các hệ vật chất rất trẻ so với vũ trụ đã tồn tại 15 tỷ năm. Tuy nhiên, việc các đám mây phình ra to dần chứng tỏ các ngôi sao bên trong trong đã xẩy ra vụ nổ cuối cùng và đang dần trở thành các ngôi sao chết sau khi nhiên liệu hạt nhân đã hết. Khi đó áp suất bức xạ giảm dần và do lực hấp dẫn, vật chất ở các ngôi sao sẽ suy sụp và co lại về nhân.

Với khối lượng ước tính nặng hơn 100.000 lần khối lượng Mặt Trời các đám mây khí sẽ là ứng cử viên sáng giá cho các lỗ đen có khối lượng trung bình trong, sau đó nó sẽ “nuốt” các vật chất xung quanh và cuối cùng trở thành các siêu lỗ đen.

Quá trình đo đạc

Mặc dù các cụm mây khí và sao có kích thước rất lớn, nhưng cho tới nay chúng mới được khám phá là do chúng nằm ở trung tâm của thiên hà Milky Way, trong khi hệ Mặt Trời của nằm ở rìa một cánh tay của Dải Ngân Hà xoắn ốc này. Khoảng cách 30.000 năm ánh sáng rõ ràng là một trở ngại lớn cho các kính thiên văn quang học hiện có, đó là chưa kể đến việc rất nhiều đám mây khí bụi khác hấp thụ hầu hết các bức xạ ở vùng hồng ngoại và vùng ánh sáng nhìn thấy trước khi chúng tới được các đài quan sát của con người. Để giải quyết những khó khăn đó, các khoa học gia tại đại học Keio đã hướng các kính thiên văn vô tuyến ASTE 10m và NRO 45m vê phía bầu trời để ghi nhận tín hiệu.

Dữ liệu 250 giờ quan sát (từ năm 2005 tới năm 2010) được gửi từ kính thiên văn ASTE 10m ở Atacama (một sa mạc ở độ cao 4.800m tại Chile) đã cung cấp cho các nhà khoa học quang phổ của bức xạ có bước sóng 0,87 mm của các-bon đioxit (CO2) được phát ra từ tâm của Dải Ngân Hà. Sau đó nhóm nghiên cứu so sánh kết quả này với quang phổ của bức xạ có bước 2,6mm của các nguyên tử các-bon monoxit (CO) phát ra từ cùng đám mây và được kính thiên văn NRO 45m thu nhận.

Từ sự chênh lệnh bước sóng, họ có thể mô hình hóa và mô phỏng lại các quá trình diễn ra cách đó hàng ngàn năm ánh sáng. Sau đó họ xây dựng bản đồ phân bố nhiệt độ và mật độ vật chất trong các đám mây khí và bụi. Kết quả chỉ ra nhiệt độ của chúng khoảng 50 độ Kenvil và trong một thể tích một cm khối có khoảng 10.000 phân tử Hydro, loại phân tử phổ biến nhất trong vũ trụ.

Nhóm nghiên cứu cho biết, đây là một kết quả rất đáng ngạc nhiên vì tồn tại 4 khu vực có các phân tử khí tập trung dày đặc và có nhiệt độ cao như vậy. Hơn nữa đo đạc dịch chuyển đỏ cho thấy bề mặt các đám mây đang di chuyển với tốc độ khá nhanh: 100km/giây. Trong bốn khu vực phát hiện, ngoài đĩa vật chất Sgr A với bán kính lên tới 25 năm ánh sáng có chứa siêu lỗ đen Sgaitarius A* có khối lượng xấp xỉ 4 triệu lần khối lượng Mặt Trời đã biết trước đây, thì 3 khu vực còn lại lần đầu tiên các nhà khoa học nhận kết quả thú vị như vậy.

Theo nhận định, vận tốc cực lớn ở bề mặt 3 đám mây khí còn lại không thể chỉ do quá trình tự quanh của của chúng, mà đó phải là kết quả của các vụ nổ của hàng loạt siêu sao bên trong. Số liệu chỉ ra tại cụm mây khí ở vị trí L=+1,3 độ có một nguồn năng lượng cực lớn tương đương với vụ nổ của 200 siêu sao, tuổi của cụm mây này chỉ khoảng 60.000 năm. Nhóm nghiên cứu cũng cho biết các vụ nổ các siêu sao có năng tương đương 100.000 lần khối lượng Mặt Trời sẽ tiếp tục diễn ra trong 300 năm nữa trước khi vật chất tại khu vực đó co lại do suy sụp hấp dẫn. Mặc dù các đo đạc cụ thể chưa được tiến hành với các cụm khí tại vị trí L=-0,4 độ và L=-0,2 độ, nhưng dựa trên cùng hiện tượng quan sát được, chúng sẽ có quá trình tiến triển tương tự như đám khí tại L=+1,3 độ.

Như chúng ta đã biết, ở gần tâm của các thiên hà có rất nhiều các đám mây khí. Sự tập trung các đám mây khí với mật độ cao như vậy sẽ tạo nên lực hấp dẫn lớn để chúng dần co cụp về nhân và hút các vật chât xung quanh. Dần dần chúng sẽ trở thành các ngôi sao thực sự. Các quá trình hình thành và tiến triển của các sao như vậy sẽ cung cấp rất nhiều thông tin về nhân của các thiên hà. Do đó, việc nghiên cứu trạng thái vật lý và tính chất hóa học của các phân tử khí ở tâm thiên hà đóng vai trò một vai trò rất quan trọng.

Theo tính toán lý thuyết, khi mật độ của các ngôi sao ở nhân một chòm sao tăng lên, các ngôi sao sẽ hợp nhất, dần dần chúng sẽ trở thành các vật thể cực lớn. Khi đó, hấp dẫn từ hệ vật chât này lớn tới mức tất cả các vật thể, thậm chí là cả ánh sáng cũng không đủ vận tốc để thoát khỏi, chúng đã trở thành các lỗ đen thực sự. Các lỗ đen là cái thùng không đáy, chúng sẽ càng ngày càng hút thêm các vật chất xung quanh và trở thành các siêu lỗ đen giống như lỗ đen Sagittarius A* ở trên.

Theo Tinhte