Tìm ra cách cân khối lượng lỗ đen dựa vào các nhánh xoắn ốc của thiên hà

Với cách tính này, từ các nhà thiên văn học cho đến học sinh đều có thể nhẩm tính được khối lượng của lỗ đen.

• 10 sự thật thú vị về hố đen trong vũ trụ (Phần 1)
• 10 sự thật thú vị về hố đen trong vũ trụ (Phần 2)
• Phát hiện sóng hấp dẫn mới từ hai hố đen va chạm cách chúng ta 3 tỷ năm ánh sáng

Các nhà thiên văn học đến từ Đại học Minnesota Duluth, Hoa Kì và Đại học Công nghệ Swinburne, Úc đã tìm ra phương pháp "cân" lỗ đen ở trung tâm của thiên hà bằng cách nhìn vào một nhánh xoắn ốc của nó.

Các lỗ đen không bao giờ phát ra các ánh sáng có thể nhận thức được. Do vậy, các nhà thiên văn học thường nghiên cứu lỗ đen thông qua các ngôi sao và khí quyển xung quanh quỹ đạo của chúng. Từ đó, họ đưa ra một thước đo hợp lý xem lỗ đen to cỡ nào.

Dựa trên các thước đo xuất hiện trước đó, các nhà khoa học đã nhận thấy khối lượng của lỗ đen có thể được ước lượng một cách đơn giản nhờ việc quan sát các nhánh xoắn ốc thiên hà chủ của nó.

Thiên hà xoắn ốc là một kiểu thiên hà có cấu trúc nhánh xoắn ốc, thường là hai nhánh. Các thiên hà xoắn ốc chứa một đĩa phẳng, quay chứa các sao, khí, bụi và chỗ phình, vùng tập trung rất nhiều ngôi sao tại trung tâm thiên hà. Các nhánh xoắn ốc của thiên hà mở rộng từ tâm ra đĩa.

Từ gần một thập kỉ trước, giáo sư Marc Seigar tại đại học Minnesota Duluth, đồng tác giả của nghiên cứu này, đã phát hiện ra mối quan hệ giữa khối lượng của lỗ đen trung tâm và mật độ bó sát của các nhánh xoắn của một thiên hà.

Thiên hà xoắn ốc Messier 81, nằm trên chòm sao phía bắc của Ursa Lớn, và có khối lượng lỗ đen cỡ 68 triệu lần mặt trời.

Các nhà khoa học đã dựa vào đó để thực hiện nghiên cứu mới và phát hiện ra một mối liên hệ mạnh mẽ bất ngờ giữa khối lượng lỗ đen và hình học nhánh xoắn ốc. Đồng thời họ cũng đưa ra dự đoán các lỗ đen với khối lượng thấp hơn trong thiên hà sẽ có các nhánh xoắn ốc mở.

Sức mạnh của mối liên hệ này giúp cho bất kỳ ai cũng có thể đánh giá được lỗ đen đằng sau thiên hà xoắn ốc lớn cỡ nào khi nhìn vào hình ảnh của nó. Đây là phương pháp tốt hơn bất kì phương pháp nào khác dùng để dự đoán khối lượng lỗ đen trước đây.

Bằng cách nhìn vào các mức độ chặt khác nhau của các nhánh xoắn ốc, các khối lượng lỗ đen trung tâm và thiên hà tương ứng trong các đơn vị khối lượng của thiên hà để ước lượng các khối lượng lỗ đen trong thiên hà xoắn.

Phương pháp này cũng cho phép dự đoán khối lượng các lỗ đen ở các đĩa thiên hà thuần túy với các đoạn phồng chứa đầy các chòm sao.

Dựa vào mối liên hệ giữa khối lượng lỗ đen và hình học nhánh xoắn ốc, các nhà khoa học còn có thể nghiên cứu các cộng đồng lỗ đen khối lượng trung bình (khoảng 100 cho đến 100.000 lần lớn hơn mặt trời), đang mất tích ở thời điểm hiện tại. Chúng có khối lượng lớn hơn nhiều so với bất kì một ngôi sao đơn lẻ nào, nhưng lại nhỏ hơn các lỗ đen cực lớn và nặng hơn hàng tỉ lần so với Mặt Trời của chúng ta.