Phương pháp mới tính trọng lượng của những lỗ đen ở xa

Tại buổi họp ngày 2 tháng 6 của Cộng đồng Thiên văn Mỹ tại St. Louis, các nhà nghiên cứu đã đem lại cho các nhà thiên văn một phương pháp mới đơn giản nhằm tìm hiểu về những lỗ đen cách chúng ta đến 8 tỉ năm ánh sáng – xa hơn những lỗ đen đo đạc được hiện nay hàng nghìn lần.

Tiến sĩ Marc Seigar, giảng viên vật lý và thiên văn tại Trường Khoa học và Toán tại ĐH Arkansas, Little Rock, và nhóm nghiên cứu của mình vừa kết luận rằng lỗ đen tại trung tâm của một thiên hà xoắn càng lớn, vòng vây của thiên hà bao quanh chính nó càng chặt. Nếu đúng, mối liên hệ đơn giản này sẽ đem đến cho các nhà nghiên cứu một cách tìm hiểu về lỗ đen dễ dàng.

“Đây là một cách thực sự dễ dàng để xác định được trọng lượng của những lỗ đen siêu khổng lồ tại trung tâm thiên hà cách xa chúng ta vô cùng. Chúng ta có một cách để đo được kích cỡ những lỗ đen xa xôi đó.”

Vì những lỗ đen siêu khổng lồ được phát hiện ở những thiên hà gần chúng ta, các nhà nghiên cứu vẫn đang xác định trọng lượng của chúng bằng cách quan sát những ngôi sao di chuyển xung quanh trung tâm những thiên hà này nhanh đến mức nào. Nhưng phương pháp đó chỉ có tác dụng với những thiên hà khá gần chúng ta.

“Đối với các thiên hà xa xôi hơn mà chúng ta đang nói đến, bạn phải tìm ra những phương pháp thay thế. Và chúng tôi đã tìm ra một phương pháp như thế.”

Phương pháp mà ông miêu tả với Cộng đồng thiên văn bao gồm chụp ảnh một thiên hà xa và đo độ chặt của các vòng xoắn bao xung quanh thiên hà, hoặc góc xoắn. Ông xác định rằng trọng lượng lỗ đen càng lớn, các vòng xoắn bao xung quanh thiên hà càng chặt, có nghĩa là góc xoắn càng bé.

Nhóm của Seigar đã nghiên cứu ảnh chụp của 27 thiên hà xoắn bao gồm cả thiên hà của chúng ta, và hàng xóm gần gũi nhất, thiên hà Andromeda. Những thiên hà có lỗ đen nhỏ nhất có góc xoắn cao nhất khoảng 43 độ. Những thiên hà có lỗ đen lớn nhất có góc chỉ khoảng 7 độ giữa những điểm lồi trung tâm.

Thiên hà Andromeda. (Ảnh: Chaco Culture NHP Observatory)

“Một trong những lý do quan trọng cần phải biết về những lỗ đen xa xôi là khi bạn quan sát, bạn chỉ nhìn thấy tình trạng của chúng trong quá khứ, vì vậy bạn cũng cần phải biết trọng lượng của lỗ đen tăng như thế nào qua thời gian.”

Những lỗ đen mà ông đang nghiên cứu thuộc loại siêu khổng lồ, gấp mặt trời của chúng ta hàng triệu hoặc hàng tỉ lần. Vì chúng dường như có mặt ở trung tâm tất cả các thiên hà, chúng có thể là yếu tố then chốt về việc hình thành thiên hà ngay từ giai đoạn đầu.

Các công trình của ông cũng chỉ ra rằng trọng lượng của lỗ đen có thể tùy thuộc vào việc vật chất tối tập trung ở trung tâm như thế nào trong một thiên hà. “Nhưng đó chỉ mới là lý thuyết và cần phải chứng minh. Chúng tôi sẽ nghiên cứu về điều đó.”

Seigar về trường UALR vào năm 2007 tiếp tục vị trí khoa học gia trợ lý dự án tại ĐH California-Irvine. Ông từng là nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại ĐH California-Irvine, trợ giảng tại ĐH Hawaii-Hilo, nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại ĐH Hoàng gia London và ĐH Ghent ở Bỉ. Ông cũng là một nhà thiên văn học đến thăm Viện Khoa học Kính thiên văn vũ trụ.

Seigar nhận bằng Tiến sĩ môn Vật lý thiên thể tại ĐH John Moores, Liverpool, hiện giảng dạy Nhập môn Thiên văn học tại ĐH UALR cũng như thực hiện nghiên cứu về cấu trúc, động học và sự hình thành sao trong các thiên hà xoắn, và bản chất của ánh sáng trong các chùm thiên hà.

“Kể từ sau luận án của tôi, tôi rất hứng thú với cấu trúc chung, hình thái học và động học của những thiên hà lân cận, đặc biệt là thiên hà đĩa.”

Ông cũng tham gia vào Nghiên cứu các thiên hà lân cận Carnegie-Irvine (CINGS), một công trình nghiên cứu ảnh chụp hồng ngoại và quang học toàn diện 600 thiên hà sáng nhất trên bầu trời Nam bán cầu, thực hiện nhờ vào Kính thiên văn Du Pont đường kính 2,5 mét tại Đài thiên văn Las Campanas. Ông cũng tham gia và Nghiên cứu Tiến hóa thiên hà Arkansas (AGES) mà một phần của công trình này là điều tra về các lỗ đen siêu khổng lồ trong vũ trụ.