Mất tích sau hợp nhất?
Hố đen mất tích này được cho là nằm trong thiên hà khổng lồ ở trung tâm của cụm thiên hà Abell 2261, cách Trái đất khoảng 2,7 tỷ năm ánh sáng. Gần như mọi thiên hà lớn trong vũ trụ đều chứa một hố đen “khổng lồ” ở trung tâm. Những hố đen đó có khối lượng gấp hàng triệu hoặc tỷ lần Mặt trời.
Vì khối lượng của hố đen trung tâm thường được theo dõi dựa trên khối lượng của chính thiên hà, nên các nhà thiên văn học kỳ vọng, trung tâm của Abell 2261 sẽ chứa một hố đen siêu lớn. Họ đồng thời hy vọng, vật thể “mất tích” này có thể sánh ngang với những hố đen lớn nhất được biết đến trong vũ trụ.
Sử dụng dữ liệu Chandra thu được vào năm 1999 và 2004, các nhà thiên văn đã tìm kiếm trung tâm của thiên hà Abell 2261, nhằm phát hiện dấu hiệu của một hố đen siêu lớn. Họ tìm kiếm vật chất bị siêu nhiệt khi rơi xuống hố đen và tạo ra tia X. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học đã không phát hiện được nguồn như vậy.
Mới đây, với những quan sát mới từ Chandra vào năm 2018, một nhóm do Kayhan Gultekin từ Đại học Michigan ở Ann Arbor dẫn đầu đã tiến hành cuộc tìm kiếm kỹ lưỡng hơn đối với hố đen ở trung tâm thiên hà.
Họ cũng đưa ra một giả thiết. Trong đó, hố đen bị đẩy ra khỏi trung tâm của thiên hà chủ. Sự kiện đáng ngạc nhiên này có thể là kết quả của việc hai thiên hà hợp nhất. Từ đó, tạo thành một thiên hà được các nhà thiên văn nhìn thấy.
Ngoài ra, có khả năng là hố đen trung tâm trong mỗi thiên hà hợp nhất để tạo thành một hố đen cực lớn.
Khi các hố đen hợp nhất, chúng tạo ra các gợn sóng trong không - thời gian, được gọi là sóng hấp dẫn. Nếu lượng sóng hấp dẫn khổng lồ được tạo ra bởi một sự kiện như vậy, lý thuyết này dự đoán rằng hố đen mới, thậm chí có khối lượng lớn hơn sẽ bị đẩy ra khỏi tâm thiên hà theo hướng ngược lại. Đây được gọi là hố đen giật lùi.
Các nhà thiên văn học vẫn chưa tìm thấy bằng chứng xác thực về các hố đen giật lùi. Đồng thời, họ cũng chưa chắc chắn liệu, các hố đen siêu lớn có đến đủ gần nhau để tạo ra sóng hấp dẫn và hợp nhất hay không.
Đến nay, các nhà thiên văn học chỉ xác minh được sự hợp nhất của các hố đen nhỏ hơn nhiều. Việc phát hiện ra những hố đen siêu lớn đang giật lùi được cho là sẽ khuyến khích các nhà khoa học sử dụng và phát triển đài quan sát.
Bài toán bỏ ngỏ
Abell 2261 được coi là một cụm thiên hà tuyệt vời để tìm kiếm hố đen đang giật lùi. Bởi, theo các nhà khoa học, có hai dấu hiệu gián tiếp cho thấy khả năng xảy ra sự hợp nhất giữa hai hố đen lớn. Trước hết, dữ liệu từ các quan sát quang học của Hubble và Subaru tiết lộ một tâm quay thiên hà lớn hơn nhiều so với dự kiến. Tâm quay thiên hà là vùng trung tâm nơi số lượng sao trong thiên hà của một vùng thiên hà nhất định bằng hoặc gần với giá trị cực đại. Dấu hiệu thứ hai là sự tập trung dày đặc nhất của các ngôi sao trong thiên hà nằm cách xa trung tâm của hơn 2.000 năm ánh sáng - khoảng cách vô cùng xa.
Những đặc điểm này lần đầu tiên được xác định bởi Marc Postman từ Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian (STScI) và các cộng tác viên, thông qua hình ảnh thu thập bởi Hubble và Subaru trước đó. Đây cũng là lý do khiến nhóm nghiên cứu đưa ra ý tưởng về một hố đen hợp nhất trong cụm Abell 2261.
Trong một lần hợp nhất, hố đen siêu lớn trong mỗi thiên hà dần rơi về phía trung tâm của thiên hà mới hợp nhất. Nếu liên kết với nhau bởi lực hấp dẫn và quỹ đạo bắt đầu co lại, các hố đen được cho là sẽ tương tác với những ngôi sao xung quanh và tự đẩy chúng khỏi trung tâm thiên hà.
Không ít manh mối cho thấy, một vụ sáp nhập hố đen đã diễn ra. Song, cả dữ liệu của Chandra và Hubble đều không cho thấy bằng chứng về hố đen. Gultekin và các đồng tác giả, dẫn đầu bởi Sarah Burke-Spolaor từ Đại học West Virginia, từng sử dụng Hubble để tìm kiếm một cụm sao có thể đã bị hố đen giật lùi mang đi. Họ đã nghiên cứu ba cụm sao gần trung tâm của thiên hà.
Nhóm nghiên cứu đồng thời kiểm tra xem chuyển động của các ngôi sao trong những cụm này có đủ cao để chứa một hố đen khổng lồ hay không. Kết quả là, không có bằng chứng rõ ràng nào về hố đen ở hai cụm sao.
Trước đây, các nhà thiên văn cũng đã nghiên cứu những quan sát của Đo giao thoa vô tuyến về Abell 2261. Phát xạ vô tuyến được phát hiện gần trung tâm của thiên hà cho thấy bằng chứng về hoạt động của hố đen siêu lớn vào 50 triệu năm trước. Tuy nhiên, phát hiện không chỉ ra rằng, trung tâm của thiên hà hiện chứa một hố đen như vậy.
Sau đó, các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm thông tin nhờ Chandra. Trong khi dữ liệu của Chandra cho thấy, khí nóng đặc nhất không nằm ở trung tâm của thiên hà. Không có dấu hiệu nào chứng minh tia X của một hố đen siêu lớn đang phát triển. Các tác giả kết luận, có thể không có hố đen tại bất kỳ vị trí nào trong số này. Hoặc, hố đen đang kéo vật chất vào quá chậm để tạo ra tín hiệu tia X.
