Sử dụng một mô hình máy tính mới, các nhà thiên văn học đã xác định rằng lỗ đen ở trung tâm của thiên hà M87 lớn hơn ít nhất gấp đôi so với suy nghĩ trước đây. Nặng gấp 6,4 tỷ lần khối lượng Sun Sun, đây là lỗ đen khổng lồ nhất được đo và mô hình mới này cho thấy khối lượng lỗ đen được chấp nhận trong các thiên hà lớn gần đó có thể bị tắt bởi số lượng tương tự. Điều này có hậu quả cho các lý thuyết về cách các thiên hà hình thành và phát triển, và thậm chí có thể giải quyết một nghịch lý thiên văn lâu đời.
Các nhà thiên văn học Karl Gebhardt từ Đại học Texas ở Austin và Jens Thomas từ Viện Vật lý ngoài Trái đất Max Planck đã trình bày chi tiết phát hiện của họ hôm thứ Hai tại hội nghị của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ ở Pasadena, California.
Để cố gắng hiểu làm thế nào các thiên hà hình thành và phát triển, các nhà thiên văn học bắt đầu với thông tin cơ bản về các thiên hà ngày nay, chẳng hạn như những gì chúng được tạo ra, chúng lớn và nặng bao nhiêu. Các nhà thiên văn đo lường loại cuối cùng này, khối lượng thiên hà, bằng cách theo dõi tốc độ của các ngôi sao quay quanh thiên hà.
Các nghiên cứu về tổng khối lượng rất quan trọng, Thomas nói, nhưng điểm quan trọng là xác định xem khối lượng nằm trong lỗ đen, các ngôi sao hay quầng sáng tối. Bạn phải chạy một mô hình tinh vi để có thể khám phá đó là mô hình nào. Bạn càng có nhiều thành phần, mô hình càng phức tạp.
Để mô hình hóa M87, Gebhardt và Thomas đã sử dụng một trong những siêu máy tính mạnh nhất thế giới, hệ thống Lonestar tại Đại học Texas tại Trung tâm điện toán nâng cao Austin Austin Texas. Lonestar là một cụm Dell Linux với 5,840 lõi xử lý và có thể thực hiện 62 nghìn tỷ thao tác dấu phẩy động mỗi giây. (Ngày nay, máy tính xách tay hàng đầu của Vĩ có hai lõi và có thể thực hiện tới 10 tỷ thao tác dấu phẩy động mỗi giây.)
Mô hình M87 của Gebhardt và Jens phức tạp hơn các mô hình thiên hà trước đó, bởi vì ngoài việc mô hình hóa các ngôi sao và lỗ đen của nó, nó còn tính đến quầng sáng tối của thiên hà, một khu vực hình cầu bao quanh một thiên hà bao quanh chính nó cấu trúc có thể nhìn thấy, chứa vật chất tối bí ẩn của thiên hà.
Trước đây, chúng tôi luôn coi hào quang đen tối là có ý nghĩa, nhưng chúng tôi không có tài nguyên điện toán để khám phá điều đó, theo ông Gebhardt. Trước đây, chúng tôi chỉ có thể sử dụng các ngôi sao và hố đen. Tung ra trong quầng sáng tối, nó trở nên quá đắt tiền, bạn phải đến siêu máy tính.
Kết quả Lonestar là một khối lượng lớn cho lỗ đen M87, nhiều lần so với các mô hình trước đó đã tìm thấy. Nói chung, chúng tôi không mong đợi điều đó Anh ấy và Jens chỉ đơn giản muốn thử nghiệm mô hình của họ trên thiên hà quan trọng nhất ngoài kia, anh ấy nói.
Cực kỳ lớn và thuận tiện gần đó (theo thuật ngữ thiên văn học), M87 là một trong những thiên hà đầu tiên được đề xuất để chứa một lỗ đen trung tâm gần ba thập kỷ trước. Nó cũng có một máy bay phản lực tích cực bắn ra lõi thiên hà khi vật chất xoáy gần lỗ đen hơn, cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu quá trình lỗ đen thu hút vật chất. Tất cả những yếu tố này làm cho M87 trở thành mỏ neo cho các nghiên cứu về lỗ đen siêu lớn, theo ông Gebhardt.
Những kết quả mới này cho M87, cùng với gợi ý từ các nghiên cứu gần đây khác và các quan sát kính viễn vọng gần đây của chính ông (các ấn phẩm đang chuẩn bị), khiến ông nghi ngờ rằng tất cả các khối lỗ đen cho các thiên hà lớn nhất đều bị đánh giá thấp.
Kết luận đó rất quan trọng đối với cách các lỗ đen liên quan đến các thiên hà, theo Thomas Thomas. Nếu bạn thay đổi khối lượng của lỗ đen, bạn sẽ thay đổi cách lỗ đen liên quan đến thiên hà. Có một mối quan hệ chặt chẽ giữa thiên hà và lỗ đen của nó đã cho phép các nhà nghiên cứu thăm dò vật lý về cách các thiên hà phát triển theo thời gian vũ trụ. Việc tăng khối lượng lỗ đen trong các thiên hà lớn nhất sẽ khiến mối quan hệ này được đánh giá lại.
Khối lượng lớn hơn cho các lỗ đen trong các thiên hà gần đó cũng có thể giải quyết một nghịch lý liên quan đến khối lượng các quasar - các lỗ đen hoạt động ở trung tâm của các thiên hà cực kỳ xa xôi, được nhìn thấy ở thời kỳ vũ trụ sớm hơn nhiều. Chuẩn tinh tỏa sáng rực rỡ khi vật chất xoắn ốc, phát ra bức xạ mạnh trước khi vượt qua chân trời sự kiện (khu vực không có gì - thậm chí không ánh sáng - có thể thoát ra).
Có một vấn đề tồn tại từ lâu trong đó khối lượng lỗ đen chuẩn tinh là rất lớn - 10 tỷ khối lượng mặt trời, theo ông Gebhardt. Tuy nhiên, trong các thiên hà địa phương, chúng ta chưa bao giờ thấy các lỗ đen khổng lồ, gần như không. Sự nghi ngờ là trước đó rằng khối lượng chuẩn tinh đã sai, ông nói. Nhưng nếu chúng ta tăng khối lượng của M87 lên gấp hai hoặc ba lần thì vấn đề gần như biến mất.
Ngày nay, các kết luận của Pa-ri dựa trên mô hình, nhưng Gebhardt cũng đã thực hiện các quan sát kính viễn vọng mới về M87 và các thiên hà khác bằng các thiết bị mạnh mẽ mới trên Kính viễn vọng Bắc Gemini và Kính viễn vọng rất lớn của Đài thiên văn Nam châu Âu. Ông cho biết những dữ liệu này sẽ sớm được công bố để hỗ trợ cho các kết luận dựa trên mô hình hiện tại về khối lượng lỗ đen.
Đối với các quan sát kính viễn vọng trong tương lai của các thiên hà tối của thiên hà, Gebhardt lưu ý rằng một thiết bị tương đối mới tại Đại học Texas tại Đài quan sát Austin Austin McDonald là hoàn hảo. Nếu bạn cần nghiên cứu hào quang để có được khối lượng lỗ đen, thì ở đó không có nhạc cụ nào tốt hơn VIRUS-P, ông nói. Các nhạc cụ là một máy quang phổ. Nó tách ánh sáng khỏi các vật thể thiên văn thành các bước sóng thành phần của nó, tạo ra một chữ ký có thể đọc được để tìm ra một vật thể Khoảng cách, tốc độ, chuyển động, nhiệt độ, v.v.
VIRUS-P rất tốt cho các nghiên cứu về quầng sáng vì nó có thể thu quang phổ trên một khu vực rất lớn của bầu trời, cho phép các nhà thiên văn học đạt được mức ánh sáng rất thấp ở khoảng cách lớn từ trung tâm thiên hà nơi có quầng sáng tối chiếm ưu thế. Nó là một nguyên mẫu, được chế tạo để thử nghiệm công nghệ đi vào máy quang phổ VIRUS lớn hơn cho Thí nghiệm Năng lượng tối Kính viễn vọng Sở thích-Kính viễn vọng (HETDEX) sắp tới.
Nguồn: AAS, Đài thiên văn McDonald
