Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Khi ba thiên hà va chạm với nhau, điều gì sẽ xảy ra với các lỗ đen khổng lồ ở tâm của mỗi thiên hà? Một nghiên cứu mới sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA và một số kính thiên văn khác tiết lộ thông tin mới về số lượng lỗ đen đang phát triển dữ dội sau khi những vụ vỡ thiên hà này bị vỡ.
Khi ba thiên hà va chạm với nhau, điều gì sẽ xảy ra với các lỗ đen khổng lồ ở tâm của mỗi thiên hà? Một nghiên cứu mới sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA và một số kính thiên văn khác tiết lộ thông tin mới về số lượng lỗ đen đang phát triển dữ dội sau khi những vụ vỡ thiên hà này bị vỡ.
Các nhà thiên văn học muốn tìm hiểu thêm về các vụ va chạm giữa các thiên hà vì những vụ hợp nhất sau đó là cách quan trọng giúp các thiên hà và các lỗ đen khổng lồ trong lõi của chúng phát triển theo thời gian vũ trụ.
Adi Foord của Đại học Stanford, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Đã có nhiều nghiên cứu về những gì xảy ra với các lỗ đen siêu lớn khi hai thiên hà hợp nhất. “Chúng tôi là một trong những người đầu tiên xem xét một cách có hệ thống những gì xảy ra với lỗ đen khi ba thiên hà xích lại gần nhau.”
Cô và các đồng nghiệp của mình đã xác định hệ thống hợp nhất ba thiên hà bằng cách đối sánh chéo các kho lưu trữ – chứa dữ liệu hiện đã được công bố công khai – về sứ mệnh WISE của NASA và Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan (SDSS) với kho lưu trữ của Chandra. Sử dụng phương pháp này, họ đã tìm thấy bảy hợp nhất ba thiên hà nằm cách Trái đất từ 370 triệu đến một tỷ năm ánh sáng.
Sử dụng phần mềm chuyên dụng Foord đã phát triển cho cô ấy tại Đại học Michigan ở Ann Arbor, nhóm nghiên cứu đã xem xét dữ liệu Chandra nhắm vào các hệ thống này để phát hiện các nguồn tia X đánh dấu vị trí của các lỗ đen siêu lớn đang phát triển. Khi vật chất rơi về phía lỗ đen, nó bị nóng lên hàng triệu độ và tạo ra tia X.
Chandra với tầm nhìn tia X sắc nét rất lý tưởng để phát hiện các lỗ đen siêu lớn đang phát triển trong các vụ sáp nhập. Các nguồn tia X liên quan rất khó phát hiện vì chúng thường gần nhau trong hình ảnh và thường mờ nhạt. Phần mềm của Foord được phát triển đặc biệt để tìm các nguồn như vậy. Dữ liệu từ các kính thiên văn khác sau đó được sử dụng để loại trừ các nguồn gốc có thể có khác của phát xạ tia X không liên quan đến các lỗ đen siêu lớn.
Kết quả từ Foord và nhóm nghiên cứu cho thấy trong số bảy vụ hợp nhất ba thiên hà, có một vụ với lỗ đen siêu lớn đang phát triển duy nhất, bốn vụ có lỗ đen siêu lớn đang phát triển gấp đôi và một là ba. Sự hợp nhất ba lần cuối cùng mà họ nghiên cứu dường như đã xảy ra mà không phát hiện ra tia X từ các lỗ đen siêu lớn. Trong các hệ thống có nhiều lỗ đen, khoảng cách giữa chúng nằm trong khoảng 10.000 đến 30.000 năm ánh sáng.
“Tại sao chúng ta lại quan tâm đến tỷ lệ va đập của những lỗ đen này?” Đồng tác giả Jessie Runnoe của Đại học Vanderbilt ở Nashville, Tenn cho biết. “Bởi vì những số liệu thống kê này có thể cho chúng ta biết nhiều hơn về cách các lỗ đen và thiên hà chúng sinh sống phát triển.”
Khi họ tìm thấy bằng chứng cho các nguồn tia X sáng là ứng cử viên cho việc phát triển các lỗ đen siêu lớn trong dữ liệu Chandra, các nhà nghiên cứu đã kết hợp dữ liệu lưu trữ từ các kính thiên văn khác. Giống như một trọng tài thứ hai trao đổi về cuộc gọi ban đầu, những dữ liệu này đã hỗ trợ ý tưởng rằng nhiều lỗ đen có mặt trong các thiên hà đã hợp nhất.
Để thực hiện những cách gọi này, các tác giả đã nghiên cứu dữ liệu hồng ngoại từ sứ mệnh WISE, Vệ tinh Thiên văn Hồng ngoại và Kính thiên văn Bầu trời Hai Micron để xem các ngôi sao hình thành nhanh như thế nào trong các thiên hà khác nhau trong cuộc khảo sát của họ. Điều này cho phép họ ước tính có bao nhiêu tia X được phát hiện có khả năng đến từ các hệ thống phát tia X chứa các ngôi sao lớn, chứ không phải là một lỗ đen siêu lớn đang phát triển. Bởi vì các hệ sao như vậy còn trẻ nên chúng thường gặp hơn khi các sao hình thành nhanh hơn. Foord và các đồng nghiệp của cô đã sử dụng kỹ thuật này để kết luận rằng một trong những nguồn tia X mà họ tìm thấy có thể là từ một tập hợp các hệ sao phát tia X.
Dữ liệu của Chandra và WISE cho thấy hệ thống với các lỗ đen siêu lớn đang phát triển có lượng bụi và khí lớn nhất. Điều này phù hợp với các mô phỏng máy tính lý thuyết về sự hợp nhất cho thấy mức độ khí cao hơn gần các lỗ đen có nhiều khả năng kích hoạt sự phát triển nhanh chóng của các lỗ đen.
Các nghiên cứu về sự hợp nhất ba lần có thể giúp các nhà khoa học hiểu liệu các cặp lỗ đen siêu lớn có thể tiến gần nhau đến mức chúng tạo ra những gợn sóng trong không thời gian được gọi là sóng hấp dẫn hay không. Năng lượng bị mất bởi những sóng này chắc chắn sẽ khiến các lỗ đen hợp nhất.
Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) và mảng Virgo ở châu Âu đã cho các nhà thiên văn thấy rằng các lỗ đen khối lượng sao tạo ra sóng hấp dẫn và hợp nhất, nhưng không biết liệu các lỗ đen siêu khối lượng có tạo ra sóng hấp dẫn hay không.
Đồng tác giả Michael Koss của Eureka Scientific ở Oakland, California cho biết thêm: “Có một” kịch bản ác mộng “khi các lỗ đen siêu lớn không thể mất đủ năng lượng để đến gần nhau và tạo ra sóng hấp dẫn”. “Nếu đúng như vậy thì các dự án như LISA và mảng thời gian pulsar sẽ không có bất kỳ sự hợp nhất lỗ đen siêu lớn nào để phát hiện.”
Tuy nhiên, các tương tác hấp dẫn từ một lỗ đen siêu lớn thứ ba có thể ngăn cản quá trình đình trệ này. Do đó, các nghiên cứu về lỗ đen siêu lớn trong các hệ thống mà ba thiên hà đang hợp nhất là rất quan trọng để tìm hiểu xem liệu kịch bản ác mộng có thể áp dụng hay không.
Hệ thống với ba lỗ đen siêu lớn đang phát triển trước đó đã được Ryan Pfeifle của Đại học George Mason ở Fairfax, Virginia báo cáo trong một thông cáo báo chí của Chandra và một bài báo tháng 10 năm 2019 trên Tạp chí Vật lý Thiên văn (The Astrophysical Journal), và một nhóm do Xin Lui thuộc Đại học Illinois dẫn đầu tại Urbana-Champaign trong một bài báo tháng 12 năm 2019 trên Tạp chí Vật lý Thiên văn (The Astrophysical Journal) . Kết quả mới nhất này giúp đặt khám phá đó vào bối cảnh của bộ ba thiên hà hợp nhất khác.
Foord đã trình bày nghiên cứu mới tại cuộc họp lần thứ 237 của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ, được tổ chức hầu như từ ngày 11 đến ngày 15 tháng 1 năm 2021. Hai bài báo mô tả công trình này gần đây đã được chấp nhận để xuất bản trên Tạp chí Vật lý Thiên văn (The Astrophysical Journal).
Vệ tinh Thiên văn Hồng ngoại là một liên doanh của NASA và các đối tác của nó ở Hà Lan và Vương quốc Anh, và Kính viễn vọng Hai Micron All Sky là sự hợp tác giữa Đại học Massachusetts và Trung tâm Phân tích và Xử lý Hồng ngoại của NASA.
Trung tâm Chuyến bay Không gian Marshall của NASA quản lý chương trình Chandra. Trung tâm tia X Chandra của Đài thiên văn Smithsonian kiểm soát khoa học từ Cambridge Massachusetts và các hoạt động bay từ Burlington, Massachusetts.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Trung tâm Vật lý Thiên văn Harvard-Smithsonian cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tài liệu tham khảo Tạp chí :