Dự đoán của Albert Einstein đã giúp giới thiên văn phát hiện 1 lỗ đen lớn hơn 30 tỷ lần so với Mặt Trời

Lỗ đen là vật thể dày đặc nhất trong vũ trụ, với lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng không thể thoát khỏi chúng. Sau đó, có những lỗ đen siêu lớn, có thể nặng hơn hàng trăm nghìn lần so với các lỗ đen khác. Nhưng ngay cả trong số những vật thể khổng lồ vũ trụ này, vẫn có những vật thể có khối lượng dày đặc về mặt thiên văn đến mức phải có một cách phân loại mới: các lỗ đen siêu khối lượng.

Live Science cho biết, để phát hiện ra siêu lỗ đen mới, các nhà thiên văn học tại Đại học Durham ở Anh sử dụng hiệu ứng thấu kính hấp dẫn kết hợp với một siêu máy tính để xác định lỗ đen ở Abell 1201, cách Trái Đất 2,7 tỷ năm ánh sáng. Đây cũng là một trong những lỗ đen lớn nhất từng được phát hiện.

Ngoài sự khác biệt thực sự duy nhất giữa các lỗ đen siêu khối lượng và các lỗ đen thông thường là kích thước của chúng, thì những lỗ đen siêu khối lượng hiếm gặp hơn nhiều trong vũ trụ. Giờ đây, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra sự tồn tại của một lỗ đen cực lớn mới — với mật độ siêu dày đặc và có khối lượng lớn hơn Mặt Trời của chúng ta khoảng 30 tỷ lần.

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra siêu lỗ đen mới này bằng cách sử dụng một ảo ảnh quang học do Albert Einstein dự đoán trước đó.

Siêu lỗ đen nằm bên trong thiên hà sáng nhất thuộc cụm thiên hà Abell 1201. Thiên hà chứa lỗ đen này cũng chịu ảnh hưởng từ trường hấp dẫn của vật thể này.

Các nhà thiên văn học nhận thấy rằng tại trung tâm của một cụm thiên hà cách xa chúng ta hơn hai tỷ năm ánh sáng - Abell 1201, một ảo ảnh quang học được gọi là thấu kính hấp dẫn đang xảy ra.

Như họ trình bày chi tiết trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, hiện tượng thấu kính hấp dẫn này xảy ra khi ánh sáng chói từ một vật thể ở hậu cảnh uốn cong quanh một vật thể ở tiền cảnh. Nhìn từ Trái Đất, điều này làm cho nó có vẻ giống như các vệt sáng đang tạo thành một vòng tròn xung quanh vật thể ở tiền cảnh.

Tuy nhiên, thấu kính hấp dẫn này cũng có chức năng giống như một thấu kính thực, phóng đại đối tượng nền và cho phép các nhà thiên văn học kiểm tra nó chi tiết hơn.

Theo trưởng nhóm nghiên cứu, tiến sĩ James Nightingale, hầu hết các lỗ đen lớn nhất mà con người từng biến đến đều ở trạng thái hoạt động, nơi vật chất bị kéo đến gần lỗ đen nóng lên và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Hiệu ứng thấu kính hấp dẫn cho phép các nhà thiêu văn học nghiên cứu và phát hiện các lỗ đen đã ngừng hoạt động (không sinh ra năng lượng và không phát sáng).

Trưởng nhóm nghiên cứu, James Nightingale cho biết: "Hầu hết các lỗ đen lớn nhất mà chúng ta biết đều ở trạng thái hoạt động, nơi vật chất bị kéo đến gần lỗ đen nóng lên và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng, tia X và các bức xạ khác".

"Tuy nhiên, thấu kính hấp dẫn cho phép nghiên cứu các lỗ đen không hoạt động, một điều hiện không thể thực hiện được ở các thiên hà xa xôi. Cách tiếp cận này có thể cho phép chúng tôi phát hiện thêm nhiều lỗ đen bên ngoài vũ trụ địa phương của chúng ta và tiết lộ cách những vật thể kỳ lạ này tiến hóa xa hơn trong thời gian vũ trụ".

Thông qua kính viễn vọng không gian Hubble và siêu máy tính DiRAC COSMA8, các nhà nghiên cứu mô phỏng khối lượng của lỗ đen dựa trên vùng ánh sáng nó bẻ cong.

Như Inverse đã báo cáo, khái niệm thấu kính hấp dẫn có mối liên hệ chặt chẽ với thuyết tương đối rộng của Albert Einstein.

Nói tóm lại, thuyết tương đối rộng của Einstein đã dự đoán được rất nhiều hiện tượng thú vị trong vũ trụ, các vật thể khối lượng lớn có khả năng làm cong các cấu trúc không-thời gian. Einstein cũng dự đoán rằng những đường cong này trong không-thời gian có thể hoạt động tương tự như một thấu kính phóng đại.

Bốn năm sau, vào năm 1919, một nhóm đồng nghiệp của Einstein do Arthur Eddington dẫn đầu đã đến Châu Phi để quan sát nhật thực toàn phần và xác định xem liệu ánh sáng từ các ngôi sao được vẽ trên bản đồ trước đó có di chuyển như Einstein dự đoán hay không - thấu kính nhật thực. Và quả nhiên điều này hoàn toàn thực sự xảy ra.

Siêu lỗ đen lớn nhất từng được con người phát hiện là TON 618, tương đương khoảng 40 tỷ khối lượng Mặt Trời.

Với Abell 1201, các nhà thiên văn học nhận thấy rằng thấu kính hấp dẫn đã tạo ra một bản sao của thiên hà sáng nhất của cụm, cho phép nhóm nghiên cứu kỹ hơn lỗ đen ở trung tâm của thiên hà đó. Sự tồn tại của lỗ đen đã được biết trước khi nghiên cứu, nhưng kích thước thật của nó vẫn chưa được biết.

Sau đó, nhóm đã đào tạo một chương trình máy tính để phân tích các hình ảnh thấu kính của Abell 1201 và chạy nhiều thử nghiệm khác nhau để xác định kích thước có thể có của lỗ đen. Cuối cùng, các mô phỏng xác định rằng một lỗ đen có khối lượng 30 tỷ Mặt Trời của chúng ta là khả dĩ nhất.

“Lỗ đen đặc biệt này, có khối lượng gấp khoảng 30 tỷ lần Mặt Trời của chúng ta, là một trong những lỗ đen lớn nhất từng được phát hiện và nằm ở giới hạn trên về độ lớn mà chúng ta tin rằng lỗ đen có thể trở thành về mặt lý thuyết, vì vậy đây là một khám phá cực kỳ thú vị”, James Nightingale cho biết.

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học cũng đã sử dụng thấu kính hấp dẫn để khám phá các thiên hà và ngoại hành tinh xa xôi, nhưng đây là lần đầu tiên một lỗ đen khổng lồ được tìm thấy bằng kỹ thuật này.

Giờ đây, các nhà thiên văn học đang tìm hiểu xem thấu kính hấp dẫn có thể được sử dụng như thế nào để phát hiện ra nhiều lỗ đen hơn, vốn rất khó tìm thấy trong lịch sử. Có lẽ với thời gian, chúng ta có thể tìm hiểu thêm về cách các vật thể bí ẩn giữa các vì sao này phát triển.

Nguồn: Earthlymission; Nature; NASA

Đức Khương