Kể từ khi phát hiện ra Nhân Mã A * ở trung tâm thiên hà của chúng ta, các nhà thiên văn học đã hiểu rằng hầu hết các thiên hà to lớn đều có Lỗ đen Siêu khối (SMBH) ở lõi của chúng. Những điều này được chứng minh bằng sự phát xạ điện từ mạnh mẽ được tạo ra từ hạt nhân của các thiên hà này - được biết đến với tên là Active Active Galatic Nucleiùi (AGN) - được cho là do khí và bụi tích tụ vào SMBH.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã nghiên cứu ánh sáng đến từ AGN để xác định lỗ đen của chúng lớn và to như thế nào. Điều này thật khó khăn, vì ánh sáng này chịu tác động của Doppler, khiến cho các vạch quang phổ của nó mở rộng. Nhưng nhờ một mô hình mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc và Hoa Kỳ, các nhà thiên văn học có thể nghiên cứu các Vùng Đường rộng (BLR) này và đưa ra ước tính chính xác hơn về khối lượng của các lỗ đen.
Nghiên cứu này, Tidally đã phá vỡ các cụm bụi vì nguồn gốc của các vạch phát xạ rộng trong các hạt nhân thiên hà hoạt động, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Thiên nhiên. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Jian-Min Wang, một nhà nghiên cứu của Viện Vật lý năng lượng cao (IHEP) tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, với sự hỗ trợ của Đại học Bang Utah và Đại học Nam Kinh.
Để phá vỡ nó, SMBH được biết đến là có một khối khí và bụi bao quanh chúng. Lực hấp dẫn của lỗ đen tăng tốc khí trong hình xuyến này với vận tốc hàng ngàn km mỗi giây, khiến nó nóng lên và phát ra bức xạ ở các bước sóng khác nhau. Năng lượng này cuối cùng đã vượt qua toàn bộ thiên hà xung quanh, đó là điều cho phép các nhà thiên văn xác định sự hiện diện của SMBH.
Như Michael Brotherton, giáo sư UW thuộc Khoa Vật lý và Thiên văn học và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã giải thích trong thông cáo báo chí của UW:
Người ta nghĩ, ‘Nó là một lỗ đen. Tại sao trời lại sáng như vậy? Một lỗ đen vẫn còn tối. Các đĩa đạt đến nhiệt độ cao đến mức chúng phát ra bức xạ trên phổ điện từ, bao gồm tia gamma, tia X, tia cực tím, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến. Lỗ đen và khí tích tụ xung quanh lỗ đen đang ăn vào là nhiên liệu bật quasar.
Vấn đề với việc quan sát các vùng sáng này xuất phát từ thực tế là các khí trong chúng đang di chuyển rất nhanh theo các hướng khác nhau. Trong khi khí di chuyển ra xa (so với chúng ta) bị dịch chuyển về phía đầu đỏ của quang phổ, khí đang di chuyển về phía chúng ta bị dịch chuyển về phía cuối màu xanh. Đây là những gì dẫn đến Vùng Đường rộng, nơi phổ của ánh sáng phát ra trở nên giống như hình xoắn ốc, khiến cho việc đọc chính xác trở nên khó khăn.
Hiện tại, việc đo khối lượng SMBH trong các hạt nhân thiên hà hoạt động dựa trên kỹ thuật ánh xạ vang dội của Hồi. Nói tóm lại, điều này liên quan đến việc sử dụng các mô hình máy tính để kiểm tra các vạch phổ đối xứng của BLR và đo độ trễ thời gian giữa chúng. Những đường này được cho là phát sinh từ khí đã được quang hóa bởi lực hấp dẫn của SMBH.
Tuy nhiên, vì có rất ít hiểu biết về các đường phát xạ rộng và các thành phần khác nhau của BLR, phương pháp này làm phát sinh một số điểm không chắc chắn trong khoảng từ 200 đến 300%. Brotherton đang cố gắng để có được những câu hỏi chi tiết hơn về các vùng phổ rộng giúp chúng ta chẩn đoán khối lỗ đen, ông Brotherton nói. Người dân don don Nhận biết những vùng phát thải rộng này đến từ đâu hoặc bản chất của loại khí này.
Ngược lại, nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Wang dẫn đầu đã áp dụng một loại mô hình máy tính mới, xem xét động lực học của hình xuyến khí xung quanh SMBH. Họ cho rằng, hình xuyến này sẽ được tạo thành từ những khối vật chất rời rạc sẽ bị phá vỡ bởi lỗ đen, dẫn đến một lượng khí chảy vào nó (còn gọi là tích tụ trên đó) và một số bị đẩy ra ngoài.
Từ đó, họ phát hiện ra rằng các đường phát xạ trong BLR phải tuân theo ba đặc điểm - không đối xứng là trực tiếp, hình dạng hình chữ nhật và sự dịch chuyển. Sau khi kiểm tra các dòng phát thải khác nhau - cả đối xứng và không đối xứng - họ thấy rằng ba đặc điểm này phụ thuộc rất nhiều vào độ sáng của các khối khí, mà chúng được hiểu là kết quả của góc chuyển động của chúng trong hình xuyến. Hay như Tiến sĩ Brotherton đã nói:
Những gì chúng tôi đề xuất xảy ra là những cụm bụi này đang di chuyển. Một số va vào nhau và hợp nhất, và thay đổi vận tốc. Có lẽ họ di chuyển vào quasar, nơi hố đen sống. Một số cụm quay trong khu vực đường rộng. Một số bị đuổi ra.
Cuối cùng, mô hình mới của họ cho thấy rằng các khối vật chất bị phá vỡ theo chiều dọc từ một hình xuyến lỗ đen có thể đại diện cho nguồn khí BLR. So với các mô hình trước đó, mô hình do Tiến sĩ Wang và các đồng nghiệp của ông nghĩ ra đã thiết lập mối liên hệ giữa các quy trình và thành phần quan trọng khác nhau trong vùng lân cận của SMBH. Chúng bao gồm việc cho ăn lỗ đen, nguồn khí quang hóa và chính hình xuyến bụi.
Mặc dù nghiên cứu này không giải quyết được tất cả những bí ẩn xung quanh AGN, nhưng đây là một bước quan trọng để đạt được ước tính khối lượng chính xác của SMBH dựa trên các vạch quang phổ của chúng. Từ đó, các nhà thiên văn học có thể xác định chính xác hơn vai trò của những lỗ đen này trong quá trình tiến hóa của các thiên hà lớn.
Nghiên cứu được thực hiện nhờ sự hỗ trợ của Chương trình nghiên cứu và phát triển khoa học và công nghệ quốc gia và Chương trình nghiên cứu chính của khoa học biên giới, cả hai đều do Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc quản lý.
