Phát hiện nguồn gốc vật thể nặng nhất vũ trụ

Thông qua máy tính mô phỏng vũ trụ, các nhà khoa học mới đây phát hiện ra nguồn gốc của những lỗ đen nằm ở trung tâm các thiên hà.

Theo Live Science, thông qua mô phỏng giả lập, nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian tạo ra một lỗ đen khối lượng gấp 300 tỷ lần Mặt trời của chúng ta.

Mô phỏng trên được thực hiện nhằm tìm ra nguồn gốc của các lỗ đen nằm ở trung tâm các thiên hà với khối lượng gấp 10 tỷ Mặt trời. Ngoài những siêu lỗ đen từng được biết, các nhà khoa học đôi khi có phát hiện các siêu lỗ đen khối lượng vượt xa những gì con người có thể tưởng tượng được. Chúng thường được gọi là vật thể nặng nhất vũ trụ.

Mô phỏng sự kết hợp của hệ thống ba chuẩn tinh do Harvard-Smithsonian thực hiện. (Ảnh: Harvard-Smithsonian).

Ví dụ điển hình là năm 2019, giới khoa học lần đầu tiên quan sát được hiện tượng 3 thiên hà cùng va vào nhau, đặt những siêu hố đen tại trung tâm của chúng vào quỹ đạo để hợp nhất. Cuộc va chạm cách Trái đất gần 1 tỷ năm ánh sáng, trong hệ thống sao SDSS J084905.51+111447.2. Để quan sát được hiện tượng này, các nhà nghiên cứu thiên văn cần dùng cả kính viễn vọng trên mặt đất lẫn kính viễn vọng không gian.

Sử dụng mô phỏng vũ trụ có độ phân giải cao gọi là ASTRID, nhóm nghiên cứu Harvard-Smithsonian đã lập mô hình sự tiến hóa của vũ trụ khi nó xuất hiện khoảng 11 tỷ năm trước. Trong mô phỏng, nhóm chứng kiến ​​sự ra đời của một lỗ đen cực lớn sau sự hợp nhất của ba thiên hà. Mỗi thiên hà này đều chứa chuẩn tinh riêng của nó, một siêu lỗ đen hút vật chất và phát ra bức xạ cực mạnh có thể chiếu sáng hơn tất cả các ngôi sao trong các thiên hà chủ của chúng cộng lại.

Khi bộ ba chuẩn tinh gặp nhau, chúng tạo thành một lỗ đen thậm chí còn lớn hơn đồng thời kích hoạt quá trình hút vật chất “điên cuồng” cho phép vật thể kết hợp đạt đến trạng thái siêu khối lượng.

"Chúng tôi đã tìm thấy hệ thống rất hiếm chứa bộ ba chuẩn tinh vào thời điểm “buổi trưa” của vũ trụ - khoảng 11 tỷ năm trước khi các thiên hà và lỗ đen siêu lớn đạt đến hoạt động đỉnh cao của chúng", Tiến sĩ Yueying Ni, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết.

“Hệ thống này bao gồm ba chuẩn tinh được cung cấp năng lượng bởi các lỗ đen siêu lớn, mỗi thiên hà nằm trong số này lớp gấp 10 lần khối lượng thiên hà Milky Way của chúng ta”, ông nói thêm.

Các siêu hố đen trên lộ trình va chạm khi 3 thiên hà va vào nhau trong hệ thống sao SDSS J084905.51+111447.2. (Ảnh: NASA)

Các mô phỏng siêu máy tính cho thấy, ba thiên hà với các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng hợp nhất thành một thiên hà với một lỗ đen "siêu lớn" ở trung tâm của nó.

Mô phỏng của nhóm nghiên cứu cho thấy, bộ ba chuẩn tinh có quá trình hợp nhất kéo dài 150 triệu năm và tạo thành hố đen khổng lồ nhất trong toàn bộ mô phỏng, với khối lượng lớn hơn 300 tỷ lần khối lượng của Mặt trời của chúng ta, thậm chí lớn hơn mọi ngôi sao trong Milky Way cộng lại.

Cũng theo ông Yueying Ni, sự kết hợp của hệ thống ba chuẩn tinh cùng sự va chạm của ba thiên hà là cực kỳ hiếm. Điều này giải thích cho việc các nhà khoa học chưa thể phát hiện ra chúng cũng như quan sát được sự hình thành của siêu lỗ đen từ một sự kiện như vậy.

Nghiên cứu của nhóm Harvard-Smithsonian được công bố trên Tạp chí Vật lý Thiên văn số ra ngày 30/11/2022.