Các nhà thiên văn học có trọng lượng chỉ có các lỗ đen siêu lớn gần nhất. Giờ đây, với một thấu kính trọng lực và vòng Einstein, họ đã nặng khoảng 12 tỷ năm ánh sáng.
Quan sát độ phân giải cao nhất từ trước đến nay của hệ thống thấu kính hấp dẫn SDP.81 và vòng Einstein của nó. Hình ảnh qua ALMA (NRAO / ESO / NAOJ); B. NRton / AUI / NSF
Một thấu kính hấp dẫn xảy ra khi các nhà thiên văn học trên Trái đất nhìn về phía một thiên hà hoặc cụm thiên hà khổng lồ, lớn đến mức lực hấp dẫn của nó làm biến dạng bất kỳ ánh sáng nào đi qua gần. Vật thể to lớn hoạt động giống như một thấu kính trong không gian, tỏa ánh sáng ra ngoài, thường tạo ra nhiều hình ảnh của một vật thể ở xa hơn đang chiếu sáng phía sau nó. Hoặc, nếu đối tượng nền phía xa và thiên hà lớn xen kẽ được căn chỉnh hoàn hảo, thấu kính hấp dẫn có thể lan truyền ánh sáng để tạo ra hình ảnh của một chiếc nhẫn trong không gian.
Một hình ảnh vòng được sản xuất theo cách này được gọi là một Vòng Einstein. Bản thân chiếc nhẫn không phải là một cấu trúc vật lý thực sự trong không gian, mà chỉ là một trò chơi của ánh sáng và trọng lực, kết quả của hiệu ứng thấu kính hấp dẫn. Tuy nhiên, những chiếc nhẫn Einstein này đã tiết lộ một số bí ẩn của vũ trụ cho các nhà thiên văn học nghiên cứu về chúng.
Các nhà thiên văn học ở châu Á đã công bố trong tuần này (ngày 30 tháng 9 năm 2015) rằng họ đã thu được những hình ảnh rõ nét nhất từ trước đến nay của một thấu kính hấp dẫn có tên SDP.81. Họ đã nghiên cứu cẩn thận Vòng Einstein do hệ thống này tạo ra, để tính toán rằng một lỗ đen siêu lớn nằm gần trung tâm SDP.81 - thiên hà thấu kính - có thể chứa hơn 300 triệu lần khối lượng mặt trời của chúng ta.
Nói cách khác, thấu kính hấp dẫn và vòng Einstein kết quả của nó cho phép chúng nặng một lỗ đen. Các Tạp chí vật lý thiên văn công bố kết quả của họ vào ngày 28 tháng 9.
Các nhà thiên văn xác định rằng thiên hà tiền cảnh trong hệ thống SDP.81, có khối lượng đang thấu kính nguồn nền vào Vòng Einstein, chứa một lỗ đen siêu lớn với hơn 300 triệu khối lượng mặt trời. Hình ảnh qua ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / Kenneth Wong (ASIAA).
Nhóm nghiên cứu cũng nói rằng chỉ có hai thiên hà trong hệ thống Vành đai Einstein này. Thiên hà tiền cảnh khổng lồ - vật thể thực hiện thấu kính - cách đó 4 tỷ năm ánh sáng. Và thiên hà nền cách xa 12 tỷ năm ánh sáng. Trọng lực của thiên hà tiền cảnh khổng lồ tác động lên ánh sáng từ thiên hà nền để tạo ra cấu trúc vòng.
Thiên hà nền chứa một lượng lớn bụi đã được làm nóng bởi sự hình thành sao mạnh mẽ, khiến nó tỏa sáng rực rỡ dưới ánh sáng dưới ánh sáng.
Các nhà thiên văn học này đã sử dụng một kính viễn vọng nhạy cảm với dạng ánh sáng này - Mảng Atacama Large Millimét / Subillim Array (ALMA) ở Chile - để thu được hình ảnh.
Bảng điều khiển bên trái hiển thị thiên hà thấu kính tiền cảnh (được quan sát bằng Hubble) và hệ thống thấu kính hấp dẫn SDP.81, tạo thành một Vòng Einstein gần như hoàn hảo nhưng hầu như không nhìn thấy được. Hình ảnh ở giữa cho thấy hình ảnh ALMA sắc nét của Vòng Einstein. Thiên hà thấu kính tiền cảnh là vô hình đối với ALMA, vì nó không phát ra ánh sáng bước sóng dưới chu vi mạnh. Hình ảnh được tái tạo lại của thiên hà xa xôi (bên phải) bằng cách sử dụng các mô hình tinh vi của thấu kính hấp dẫn phóng đại cho thấy các cấu trúc tinh tế trong vòng chưa từng thấy trước đây: một vài đám mây bụi và khí phân tử lạnh, là nơi sinh ra của các ngôi sao và hành tinh . Hình ảnh qua ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / Y. Tamura (Đại học Tokyo) / Mark Swinbank (Đại học Durham).
Ba nhà thiên văn học tại Viện Thiên văn học và Vật lý thiên văn (ASIAA), có trụ sở tại khuôn viên của Đại học Quốc gia Đài Loan, đã thực hiện nghiên cứu này. Họ là đồng nghiệp sau tiến sĩ, Kenneth Wong, trợ lý nghiên cứu Sherry Suyu và cộng sự nghiên cứu Satoki Matsushita.
Họ đã cân nhắc về chính thiên hà thấu kính tiền cảnh khổng lồ và thấy rằng nó chứa hơn 350 tỷ lần khối lượng mặt trời của chúng ta. Tuyên bố của họ giải thích:
Wong, cùng với Suyu và Matsushita, đã phân tích các khu vực trung tâm của SDP.81 và tìm thấy hình ảnh trung tâm dự đoán của thiên hà nền cực kỳ mờ nhạt. Lý thuyết thấu kính dự đoán rằng hình ảnh trung tâm của hệ thống thấu kính rất nhạy cảm với khối lượng của lỗ đen siêu lớn trong thiên hà thấu kính: lỗ đen càng lớn, hình ảnh trung tâm càng mờ.
Từ đó, họ tính toán rằng lỗ đen siêu lớn, nằm rất gần trung tâm của SDP.81, có thể chứa hơn 300 triệu lần khối lượng mặt trời.
Tác giả đầu tiên của bài báo, Tiến sĩ Kenneth Wong, đã giải thích gần như tất cả các thiên hà khổng lồ dường như có các lỗ đen siêu lớn tại trung tâm của họ:
Chúng có thể nặng gấp hàng triệu, thậm chí hàng tỷ lần so với mặt trời. Tuy nhiên, chúng ta chỉ có thể tính trực tiếp khối lượng cho các thiên hà rất gần đó. Với ALMA, giờ đây chúng ta có độ nhạy để tìm kiếm hình ảnh trung tâm của ống kính, có thể cho phép chúng ta xác định khối lượng của các lỗ đen xa hơn nhiều.
Các nhà thiên văn học cho rằng, việc đo khối lượng của các lỗ đen xa hơn là chìa khóa để hiểu mối quan hệ của chúng với các thiên hà chủ của chúng và cách chúng phát triển theo thời gian.
Xem lớn hơn. | Bỏ qua các khoảng cách trên sơ đồ này (nó từ một nguồn khác) và chỉ cần chú ý cách một thấu kính hấp dẫn hoạt động. Hình ảnh qua ống kính hấp dẫn Herschel ATLAS.
Điểm mấu chốt: Các nhà thiên văn học có thể trực tiếp chỉ cân trọng lượng các lỗ đen siêu lớn gần nhất trong các trung tâm thiên hà. Sử dụng một thấu kính hấp dẫn và một vòng Einstein, giờ đây chúng nặng một lỗ đen ở trung tâm thiên hà nằm cách xa 12 tỷ năm ánh sáng.