Dành một phút để xem video về một hệ thống gồm 3 thiên hà - được gọi là SDSS J0849 + 1114 - tất cả đều quay quanh nhau cách Trái đất một tỷ năm ánh sáng. Mỗi thiên hà chứa một lỗ đen siêu lớn, đang khoanh tròn nhau, sắp va chạm.
Các nhà thiên văn học làm việc với dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra dựa trên không gian cho biết trong tuần này (25 tháng 9 năm 2019) rằng họ đã tìm thấy ba lỗ đen siêu lớn trên một quá trình va chạm. Hệ thống nơi xảy ra sự hợp nhất lỗ đen ba này được gọi là SDSS J0849 + 1114. Nó nằm cách Trái đất khoảng một tỷ năm ánh sáng. Các kính viễn vọng trên mặt đất và trong không gian - bao gồm Chandra, Hubble, WISE và NuSTAR - đã chụp được cảnh này, mà các nhà khoa học đang gọi:
Bằng chứng tốt nhất chưa từng thấy đối với bộ ba hố đen khổng lồ.
Vì vậy, chúng tôi đã nhìn thấy nhiều hệ thống như thế này cho đến nay. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học tin rằng, các va chạm ba lần như thế này đóng một vai trò quan trọng trong cách các lỗ đen lớn nhất phát triển theo thời gian. Ryan Pfeifle của Đại học George Mason ở Fairfax, Virginia là tác giả đầu tiên của một bài báo mới trong bài đánh giá ngang hàng Tạp chí vật lý thiên văn, trong đó mô tả những kết quả này (trước đây). Anh nói:
Chúng tôi chỉ tìm kiếm các cặp lỗ đen vào thời điểm đó, và qua kỹ thuật lựa chọn của chúng tôi, chúng tôi tình cờ phát hiện ra hệ thống tuyệt vời này. Đây là bằng chứng mạnh mẽ nhất được tìm thấy cho một hệ thống ba người tích cực nuôi dưỡng các hố đen siêu lớn.
Những tuyên bố của các nhà khoa học mô tả quá trình của họ:
Để khám phá ra trifecta lỗ đen hiếm gặp này, các nhà nghiên cứu cần kết hợp dữ liệu từ kính viễn vọng cả trên mặt đất và trong không gian. Đầu tiên, kính viễn vọng Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan, quét các dải lớn của bầu trời dưới ánh sáng quang học từ New Mexico, chụp ảnh SDSS J0849 + 1114. Với sự giúp đỡ của các nhà khoa học công dân tham gia vào một dự án có tên Galaxy Zoo, nó sau đó được gắn thẻ như một hệ thống các thiên hà va chạm.
Sau đó, dữ liệu từ nhiệm vụ Thám hiểm hồng ngoại trường rộng (WISE) của NASA tiết lộ rằng hệ thống này đang phát sáng mạnh dưới ánh sáng hồng ngoại trong một giai đoạn trong vụ sáp nhập thiên hà khi có nhiều hơn một lỗ đen được cho ăn nhanh chóng. Để theo dõi những manh mối này, các nhà thiên văn học sau đó đã chuyển sang Chandra và Kính thiên văn hai mắt lớn ở Arizona.
Dữ liệu của Chandra tiết lộ các nguồn tia X - một dấu hiệu rõ ràng về vật chất đang bị lỗ đen tiêu thụ - tại trung tâm sáng của mỗi thiên hà trong vụ sáp nhập, chính xác là nơi các nhà khoa học mong đợi các lỗ đen siêu lớn cư trú. Mảng kính thiên văn quang phổ hạt nhân Chandra và NASA (NuSTAR) cũng tìm thấy bằng chứng cho một lượng lớn khí và bụi xung quanh một trong các lỗ đen, điển hình cho hệ thống lỗ đen hợp nhất.
Đồng tác giả Christina Manzano-King của Đại học California, Riverside cho biết:
Quang phổ quang học chứa rất nhiều thông tin về một thiên hà. Chúng thường được sử dụng để xác định tích cực tích tụ các lỗ đen siêu lớn và có thể phản ánh tác động của chúng đối với các thiên hà mà chúng sinh sống.
Các nhà thiên văn học cho biết một lý do khiến việc tìm kiếm một bộ ba hố đen siêu lớn là do các lỗ này có khả năng bị che khuất trong khí và bụi, cản trở nhiều ánh sáng. Các hình ảnh hồng ngoại từ WISE, phổ hồng ngoại từ LBT và hình ảnh tia X từ Chandra đã vượt qua vấn đề này, bởi vì ánh sáng hồng ngoại và tia X xuyên qua các đám mây khí dễ dàng hơn nhiều so với ánh sáng quang học. Pfeifle giải thích:
Thông qua việc sử dụng các đài quan sát lớn này, chúng tôi đã xác định được một cách mới để xác định ba lỗ đen siêu lớn. Mỗi kính viễn vọng cung cấp cho chúng ta một manh mối khác nhau về những gì mà xảy ra trong các hệ thống này. Chúng tôi hy vọng sẽ mở rộng công việc của mình để tìm ra nhiều bộ ba hơn bằng cách sử dụng kỹ thuật tương tự.
Một đồng tác giả khác của bài báo mới, Shobita Satyapal, cũng của George Mason, đã giải thích lý do tại sao hệ thống này gây hứng thú cho các nhà khoa học:
Các lỗ đen kép và ba cực kỳ hiếm, nhưng các hệ thống như vậy thực sự là hậu quả tự nhiên của sự hợp nhất thiên hà, mà chúng ta nghĩ là cách các thiên hà phát triển và phát triển.
Như bạn có thể mong đợi, các nhà khoa học cho biết, ba lỗ đen siêu lớn hợp nhất hoạt động khác nhau chỉ là một cặp:
Khi có ba lỗ đen tương tác như vậy, một cặp sẽ hợp nhất thành một lỗ đen lớn hơn nhanh hơn nhiều so với khi hai người ở một mình. Đây có thể là một giải pháp cho một câu hỏi hóc búa về mặt lý thuyết gọi là 'vấn đề phân tích cú pháp cuối cùng', trong đó hai lỗ đen siêu lớn có thể tiếp cận trong vòng một vài năm ánh sáng của nhau, nhưng sẽ cần thêm một lực kéo vào bên trong để hợp nhất vì năng lượng dư thừa họ mang theo quỹ đạo của họ. Ảnh hưởng của lỗ đen thứ ba, như trong SDSS J0849 + 1114, cuối cùng có thể mang chúng lại với nhau.
Mô phỏng trên máy tính đã chỉ ra rằng 16% các cặp lỗ đen siêu lớn trong các thiên hà va chạm sẽ tương tác với lỗ đen siêu lớn thứ ba trước khi chúng hợp nhất. Những sự hợp nhất như vậy sẽ tạo ra những gợn sóng qua không thời gian gọi là sóng hấp dẫn. Những sóng này sẽ có tần số thấp hơn so với Đài quan sát sóng hấp dẫn sóng laser (LIGO) của Tổ chức Khoa học Quốc gia (LIGO) và máy dò sóng hấp dẫn Virgo châu Âu có thể phát hiện. Tuy nhiên, chúng có thể được phát hiện bằng các quan sát vô tuyến của các xung, cũng như các đài quan sát không gian trong tương lai, chẳng hạn như Anten không gian giao thoa kế tia laser (LISA) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, sẽ phát hiện các lỗ đen lên tới một triệu khối lượng mặt trời.
Điểm mấu chốt: Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một hệ thống gồm 3 thiên hà - được gọi là SDSS J0849 + 1114 - tất cả đều quay quanh nhau cách Trái đất một tỷ năm ánh sáng. Mỗi thiên hà chứa một lỗ đen siêu lớn, đang khoanh tròn nhau, sắp va chạm.