Lỗ đen là một trong những vật thể hấp dẫn nhất trong vũ trụ, tuy nhiên chúng vẫn khó nắm bắt vì chúng cực kỳ dày đặc và lực hấp dẫn của chúng mạnh đến mức thậm chí ánh sáng không thể thoát khỏi sự nắm bắt của chúng. Để khám phá các lỗ đen ẩn trên vũ trụ, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang một lĩnh vực nghiên cứu mới nổi được gọi là thiên văn học sóng hấp dẫn.
Sóng hấp dẫn là những biến dạng, hoặc gợn sóng, trong kết cấu của không gian và thời gian được tạo ra bởi sự chuyển động của các vật thể lớn. Vào năm 2015, lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra chuyển động của sóng hấp dẫn bằng cách sử dụng kính viễn vọng của Đài quan sát sóng hấp dẫn sóng giao thoa tia laser (LIGO) ở Louisiana và Washington. Trong trường hợp này, các gợn sóng được tạo ra bởi một vụ va chạm dữ dội của hai lỗ đen lớn, cùng quỹ đạo được gọi là nhị phân của lỗ đen.
Sử dụng LIGO và các công nghệ quan sát khác, một nghiên cứu mới nhằm tạo ra một bức tranh hoàn chỉnh hơn về các lỗ đen - cụ thể là các lỗ thuộc loại khó hiểu hơn được gọi là lỗ đen khối lượng trung gian (IMBH).
Karan Jani, nhà vật lý thiên văn của Đại học Vanderbilt và tác giả chính của nghiên cứu, nói: "Khi tôi tham gia LIGO, tôi nhận ra rằng những năm mô phỏng tương đối tính tương đối của các lỗ đen có thể được đưa vào để phát triển một cuộc săn tìm vật lý thiên văn mới của IMBH". com
IMBH rơi vào đâu đó giữa siêu khối lượng - lớn hơn ít nhất một triệu lần so với mặt trời của chúng ta - và các lỗ đen khối sao - nhỏ hơn, nhưng vẫn lớn hơn năm đến 50 lần so với khối lượng mặt trời của chúng ta.
"IMBH rất đặc biệt trong thập kỷ khai mạc của thiên văn học sóng hấp dẫn. Trong số mọi nguồn vật lý thiên văn được biết phát ra sóng hấp dẫn, chúng tôi báo cáo rằng cả LIGO và LISA [Anten không gian giao thoa kế laser] đều nhạy cảm nhất với sự hợp nhất của IMBH", Jani nói. "Với hai thí nghiệm này, chúng tôi thực tế có thể khảo sát tất cả các nhị phân IMBH trong vũ trụ."
Tuy nhiên, các nhà thiên văn học vẫn chưa thể phát hiện trực tiếp những lỗ đen kích thước trung bình khó nắm bắt này, Jani nói thêm. Do đó, phương pháp của ông là nghiên cứu các tần số khác nhau của sóng hấp dẫn phát ra từ các lỗ đen để hiểu rõ hơn về hoạt động IMBH.
"Giống như một dàn nhạc giao hưởng phát ra âm thanh qua một dải tần số, sóng hấp dẫn phát ra từ các lỗ đen xảy ra ở các tần số và thời gian khác nhau", Jani nói trong một tuyên bố từ Đại học Vanderbilt. "Một số tần số này có băng thông cực lớn, trong khi một số có băng thông thấp và mục tiêu của chúng tôi trong kỷ nguyên thiên văn sóng hấp dẫn tiếp theo là thu được các quan sát đa tần số của cả hai tần số này để" nghe toàn bộ bài hát ", như đó là, khi nói đến lỗ đen. "
IMBH được cho là hạt giống từ đó các lỗ đen siêu lớn phát triển. Ví dụ, các lỗ đen có thể phát triển bằng cách ngấu nghiến các lỗ đen khác. Trong vùng vật chất xung quanh một lỗ đen, còn được gọi là đĩa bồi tụ, lực hấp dẫn mạnh kéo theo khí, sao, bụi và thậm chí các lỗ đen khác gần đó. Bất kỳ tài liệu nào có quá nhiều rủi ro bị kéo ra khỏi chân trời sự kiện - điểm vượt ra ngoài nó không thể thoát khỏi lực hấp dẫn của lỗ đen.
"Ngay khi IMBH đã nhốt một lỗ đen khác ở khu vực lân cận, sẽ có một loạt các bức xạ hấp dẫn," Jani nói với Space.com. "LIGO có thể bắt được bức xạ này trong trường hợp các lỗ đen va chạm vào nhau."
Nhiệm vụ LISA được đề xuất - do Cơ quan Vũ trụ châu Âu và NASA phối hợp thực hiện - sẽ có thể phát hiện và đo chính xác sóng hấp dẫn tần số thấp, là thách thức đối với các máy dò hạt trên Trái đất, do chuyển động địa chấn của chúng ta hoặc thậm chí rung động khi đi qua xe hơi. Dự định ra mắt vào năm 2034, LISA sẽ là máy dò sóng hấp dẫn dựa trên không gian chuyên dụng đầu tiên.
"Với nhiệm vụ LISA, nghiên cứu của chúng tôi thấy rằng bức xạ từ IMBH có thể được ghi lại ít nhất một vài năm trước khi va chạm định mệnh của họ," Jani nói. "Bức xạ này theo nghĩa đen là không gian bị biến dạng ngay bên ngoài chân trời sự kiện của IMBH. Không giống như tín hiệu radio hoặc tia X, bức xạ hấp dẫn không bị mất thông tin khi truyền đi hàng tỷ năm ánh sáng trước khi đến chúng ta."
Do đó, bằng cách kết hợp các quan sát từ các máy dò LIGO, thu được sóng hấp dẫn tần số cao và các máy dò tương lai như nhiệm vụ LISA, sẽ đo sóng hấp dẫn tần số thấp, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ lấp đầy khoảng trống trong cách hiểu hiện tại về các lỗ đen.
Nghiên cứu của họ được công bố vào ngày 18 tháng 11 trên tạp chí Nature Astronomy.
- Hình ảnh: Hố đen của vũ trụ
- Va chạm với Hố đen có thể hát những bài hát hấp dẫn khác nhau
- Thực hiện một cuộc hành trình giao hưởng vào một lỗ đen với 'Metacosmos'
