Một mô hình mới cho thấy rằng việc hợp nhất các lỗ đen siêu lớn sẽ phát sáng trong tia cực tím và tia X kỳ lạ khi chúng xoắn ốc thành một vụ tai nạn không thể tránh khỏi.
Theo một tuyên bố của NASA, các lỗ đen siêu lớn có khối lượng gấp hàng triệu hoặc hàng tỷ lần mặt trời và nằm trong mọi thiên hà có kích thước ít nhất bằng kích thước Dải Ngân hà của chúng ta. Các nhà khoa học biết rằng các thiên hà thường kết hợp với nhau; điều này sẽ xảy ra với Dải Ngân hà và Andromeda, chẳng hạn, trong khoảng 4 tỷ năm.
"Chúng ta biết các thiên hà với các lỗ đen siêu khối trung tâm kết hợp mọi lúc trong vũ trụ, nhưng chúng ta chỉ thấy một phần nhỏ các thiên hà có hai [lỗ đen] gần trung tâm của chúng", Scott Noble, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Maryland , nói trong một tuyên bố. [Không lối thoát: Lặn sâu vào hố đen (Infographic)]
Trong khi các nhà khoa học đã nhìn thấy sự hợp nhất của lỗ đen trước đó, thì chúng nhỏ hơn nhiều, theo tuyên bố - có thể so sánh với kích thước của một ngôi sao, nghĩa là bất cứ nơi nào có khối lượng gấp ba đến vài chục lần mặt trời. Những sự hợp nhất lỗ đen kích thước sao này đã được phát hiện bằng cách sử dụng Đài quan sát sóng hấp dẫn sóng giao thoa kế laser (LIGO) của Tổ chức Khoa học Quốc gia. Các nhà khoa học đã tìm thấy chúng bằng cách phát hiện sóng hấp dẫn, là những gợn sóng trong không gian thời gian được tạo ra sau những vụ sáp nhập lớn này.
Các vụ sáp nhập lỗ đen siêu lớn sẽ khó theo dõi hơn, các quan chức NASA cho biết trong tuyên bố, bởi vì chúng thường cách xa nhau hơn và phát ra tín hiệu sóng hấp dẫn yếu hơn. Để phát hiện tín hiệu nhỏ đó, các máy dò cần được đặt trong không gian để tránh bị nhiễu bởi sóng địa chấn trên hành tinh của chúng ta. Một nhiệm vụ trong tương lai có thể làm điều đó là Anten không gian giao thoa kế laser (LISA) của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, dự kiến ra mắt vào những năm 2030.
Tuy nhiên, có một phương pháp khả thi khác để tìm ra sự hợp nhất siêu lớn. Khi các thiên hà hợp nhất, chúng mang theo các bộ sưu tập khí, bụi, sao và hành tinh. Khi va chạm xảy ra, rất nhiều vật liệu này sẽ bị kéo về phía các lỗ đen - sau đó bắt đầu "ăn" vật liệu, tạo ra bức xạ mà các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy (trước khi vật liệu đi qua chân trời sự kiện của lỗ đen).
Mô phỏng mới theo sau những gì xảy ra trên ba quỹ đạo của các lỗ đen siêu lớn cách khoảng 40 quỹ đạo từ việc hợp nhất hoàn toàn. Mô hình cho thấy rằng tại thời điểm này trong vụ sáp nhập, sẽ có một số tia X và tia X năng lượng cao có thể nhìn thấy trong kính viễn vọng.
"Ba vùng khí phát sáng phát sáng khi các lỗ đen hợp nhất, tất cả được kết nối bằng các luồng khí nóng: một vòng lớn bao quanh toàn bộ hệ thống, được gọi là đĩa tuần hoàn và hai lỗ nhỏ hơn xung quanh mỗi lỗ đen, được gọi là đĩa mini," Các quan chức NASA cho biết.
"Tất cả những vật thể này phát ra chủ yếu là tia UV", các quan chức tiếp tục. "Khi khí chảy vào một đĩa nhỏ ở tốc độ cao, ánh sáng tia cực tím của đĩa tương tác với mỗi corona của lỗ đen, [đó là] một vùng các hạt hạ nguyên tử năng lượng cao ở trên và dưới đĩa. Sự tương tác này tạo ra tia X. Khi tốc độ bồi tụ thấp hơn, tia UV giảm dần so với tia X. "
Mô phỏng cho thấy rằng tia X trong một vụ sáp nhập lỗ đen siêu lớn sẽ sáng hơn và biến đổi nhiều hơn so với tia X được quan sát thấy trong các lỗ đen siêu khối đơn độc. (Những thay đổi liên quan đến tốc độ khí xung quanh quỹ đạo của lỗ đen, cũng như quỹ đạo của chính các lỗ đen hợp nhất.)
Mô phỏng được thực hiện tại siêu máy tính Blue Waters của Trung tâm Ứng dụng siêu máy tính tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign. Tuyên bố cụ thể này ước tính nhiệt độ khí, trong khi các mô phỏng trong tương lai sẽ kết hợp các tham số như nhiệt độ, tổng khối lượng và khoảng cách để xem các hiệu ứng trên ánh sáng mà sáp nhập phát ra, theo tuyên bố.
Công trình mới được trình bày chi tiết vào ngày hôm qua (2/10) trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
