Có lẽ phát hiện vĩ đại nhất đến từ Thời đại hoàng kim của Hồi giáo tương đối tuyệt vời (khoảng năm 1960 đến 1975) là nhận ra rằng một lỗ đen siêu lớn (SMBH) tồn tại ở trung tâm thiên hà của chúng ta. Theo thời gian, các nhà khoa học đã nhận ra rằng các lỗ đen khổng lồ tương tự chịu trách nhiệm cho lượng năng lượng cực lớn phát ra từ các hạt nhân thiên hà hoạt động (AGN) của các quasar ở xa.
Với kích thước, khối lượng và bản chất tràn đầy năng lượng của chúng, đôi khi các nhà khoa học đã biết rằng một số điều tuyệt vời xảy ra vượt ra ngoài chân trời sự kiện của SMBH. Nhưng theo một nghiên cứu gần đây của một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản, có thể SMBH thực sự có thể tạo thành một hệ thống các hành tinh! Trên thực tế, nhóm nghiên cứu đã kết luận rằng SMBH có thể hình thành các hệ thống hành tinh sẽ khiến Hệ mặt trời của chúng ta phải xấu hổ!
Nghiên cứu mô tả những phát hiện của họ, có tiêu đề Sự hình thành hành tinh xung quanh các lỗ đen siêu lớn trong ActiveGalactic Nucleiật đã được công bố gần đây trong Tạp chí vật lý thiên văn. Nghiên cứu được thực hiện bởi các giáo sư Keiichi Wada và Yusuke Tsukamoto của Đại học Kagoshima, với sự hỗ trợ của Giáo sư Eiichiro Kokub từ Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản (NAOJ).
Kết hợp chuyên môn từ hai lĩnh vực khác nhau - hạt nhân thiên hà hoạt động và sự hình thành hành tinh - nhóm nghiên cứu đã tìm cách xác định xem lực hấp dẫn của SMBH có thể tạo thành các hành tinh giống như cách các ngôi sao thực hiện hay không. Theo mô hình được chấp nhận rộng rãi nhất (Giả thuyết tinh vân), các hành tinh hình thành xung quanh các ngôi sao trẻ từ một đĩa vật chất phẳng (tiền hành tinh), dần dần bồi tụ theo thời gian.
Tuy nhiên, các ngôi sao trẻ không phải là vật thể duy nhất trong Vũ trụ của chúng ta có các đĩa vật chất bao quanh chúng. Trên thực tế, các nhà thiên văn học cũng đã quan sát thấy các đĩa nặng vật chất lỏng lẻo trong hạt nhân của các thiên hà, vốn bị chi phối bởi trọng lực của một lỗ đen trung tâm. Từ đó, nhóm nghiên cứu đã tính toán khả năng các hành tinh hình thành từ các đĩa này.
Như giáo sư Keiichi đã giải thích, kết quả của họ cho thấy rằng [khi] điều kiện thích hợp, các hành tinh có thể được hình thành ngay cả trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như xung quanh một lỗ đen. Thông thường, quá trình hình thành hành tinh bắt đầu ở vùng nhiệt độ thấp của đĩa hình thành hành tinh, nơi các hạt bụi với lớp phủ băng dính lại với nhau tạo thành tập hợp lớn hơn.
Nhóm nghiên cứu đã áp dụng lý thuyết tương tự về sự hình thành hành tinh này vào các đĩa xung quanh các lỗ đen và thấy rằng các hành tinh có thể sau vài trăm triệu năm. Theo nghiên cứu của họ, môi trường trọng lực cao bao quanh một lỗ đen sẽ khiến một đĩa hình thành hành tinh trở nên cực kỳ dày đặc.
Điều này sẽ có tác dụng ngăn chặn bức xạ cực mạnh đến từ khu vực trung tâm của lỗ đen, khiến các vùng nhiệt độ thấp hình thành. Hơn nữa, tính toán của họ cho thấy một hệ thống hành tinh khổng lồ có thể hình thành. Như giáo sư Eiichiro, giáo sư tại NAOJ, người nghiên cứu về sự hình thành hành tinh, đã giải thích:
Các tính toán của chúng tôi cho thấy hàng chục ngàn hành tinh có khối lượng gấp 10 lần Trái đất có thể được hình thành trong khoảng 10 năm ánh sáng từ một lỗ đen. Xung quanh các lỗ đen có thể tồn tại các hệ thống hành tinh có quy mô đáng kinh ngạc.
Các nhà thiên văn học đã quan sát thấy rằng một số SMBH được bao quanh bởi các đĩa chứa khối lượng lớn hơn một tỷ lần so với các đĩa được quan sát xung quanh các ngôi sao. Điều đó có tác dụng lớn gấp hàng trăm nghìn lần Mặt trời của chúng ta. Điều này làm tăng điểm thú vị nếu các hành tinh có thể hình thành xung quanh SMBH, các ngôi sao cũng có thể hình thành? Có lẽ, các ngôi sao với hệ thống hành tinh của riêng mình?
Điều này sẽ trông như thế nào là một câu hỏi đã được giải quyết bởi nhà vật lý Tiến sĩ Sean Raymond. Năm ngoái, ông đã thực hiện một loạt mô phỏng kết hợp vật lý của các lỗ đen vào Hệ mặt trời của chúng ta và vật lý của SMBH để tạo ra một hệ thống giả thuyết trong đó có 9 ngôi sao và có tới 550 hành tinh có thể ở được quay quanh một lỗ đen trung tâm - được gọi là Hệ thống năng lượng mặt trời Black Hole Ultimate (video dưới đây).
Hiện tại, không có kỹ thuật nào có thể được sử dụng để phát hiện các hành tinh xung quanh lỗ đen. Các phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất - Phương pháp trắc quang chuyển tiếp và Quang phổ Doppler - sẽ vô dụng một cách hiệu quả vì các lỗ đen không phát ra ánh sáng và lực hấp dẫn của chúng dường như quá lớn để được bù đắp bởi một hệ thống các hành tinh.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng nghiên cứu này và nghiên cứu tương tự có thể mở ra một lĩnh vực mới của thiên văn học. Và với thành công gần đây của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện (đã chụp được hình ảnh đầu tiên của một chân trời sự kiện vào tháng Tư năm nay), có thể chúng ta đang ở bên bờ của một kỷ nguyên mà các nhà thiên văn học có thể quan sát và nghiên cứu trực tiếp các lỗ đen.
