Ngân Hà của chúng ta chứa bao nhiêu lỗ đen?

Đây là kết quả của một khảo sát trong nỗ lực ước lượng số lượng hố đen với kích cỡ thông thường trong thiên hà của chúng ta.

Bắt đầu từ việc sóng hấp dẫn được phát hiện từ sự va chạm giữa hai hố đen, được thực hiện bởi LIGO vào năm ngoái. Hai hố đen mà LIGO quan sát được có khối lượng vào khoảng 30 lần so với khối lượng của Mặt Trời.

“Tìm ra sóng hấp dẫn là một phát hiện rất lớn, như là lời khẳng định về thuyết tương đối của Einstein. Nhưng chúng tôi không dừng lại ở đó, đi sâu hơn vào kết quả đó, vào sự sáp nhật của hai hố đen có khối lượng 30 lần Mặt Trời, và chúng tôi đặt ra cho mình câu hỏi, rằng những hố đen như vậy phổ biến như thế nào, và chúng có thường nhập lại với nhau không?,” giáo sư James Bullock, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

Đồ họa mô phỏng một hố đen đang hút vật chất từ một ngôi sao gần kề. Hình ảnh: NASA/CXC/M.Weiss.

Dựa trên ước tính thực tế về sự va chạm của các hố đen, người ta có thể xác định được số lượng hố đen cần biết. Các nhà nghiên cứu giả định rằng những hố đen được hình thành từ các ngôi sao (chứ không phải là một hố đen nguyên thủy), điều này hạn chế kích thước của chúng. Khối lượng của hố đen phụ thuộc vào ngôi sao tạo ra nó, và sẽ ngày một nhỏ hơn.

Các ngôi sao được hình thành từ sụp đổ của các đám mây khí hydro. Khi khí muốn trở thành một ngôi sao, nó cần phải lạnh đi để nén mình lại rồi sụp đổ vào tâm bên trong do lực hút. Khí hydro càng tinh khiết thì càngmất thời gian lâu hơn để tự làm mát. Những ngôi sao được tạo nên từ càng nhiều hydro thìsẽ càng lớn hơn.

Khi những ngôi sao chết đi, chúng bùng nổ và tạo thành những vụ nổ siêu tân tinh, giải phóng đi rất nhiều nguyên tố nặng hơn hydro vào vũ trụ. Những nguyên tố này sẽ tiếp tục làm mát hydro và tạo ra những ngôi sao nhỏ khác. Thế nên, kích thước của một hố đen trong trường hợp này sẽ tỷ lệ thuận với số lượng những ngôi sao.

“Chúng tôicó một hiểu biết khá tốt về tổng thể các ngôi sao trong vũ trụ và sự phân bố của chúng khi mới được tạo thành, vậy nên chúng tôicó thể biết được có bao nhiêu hố đen với khối lượng gấp 10 lần Mặt Trời sẽ được hình thành và tương tự với hố đen có khối lượng gấp 100 lần Mặt Trời”, Bullock cho biết thêm.

Các hố đen chỉ có thể nhìn thấy trực tiếp qua một số cách, trong đó hầu hết đều phải đòi hỏi việc các hố đen tương tác lên những vật thể khác trong vũ trụ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã từng phát hiện được những hố đen không hoạt động trong quá khứ và điều này cho thấy còn rất nhiều hố đen kiểu vậy chưa được xác định.

“Con số của chúng tôi chỉ cho thấy được từ 0,1% đến 1% số lượng những hố đen đã hình thành để sáp nhập nhau trong tương lai, để giải thích rộng ra những gì LIGO đã quan sát. Tuy nhiên, các hố đen chỉ sáp nhập với nhau nếu chúng đến đủ gần nhau, và đó là một vấn đề khác”, đồng tác giả của nghiên cứu, Manoj Kaplinghat, cho biết.

Dựa trên số lượng của các sao, những hố đen lớn (với khối lượng lớn hơn 50 lần Mặt Trời) sẽ được tìm thấy nhiều hơn ở các thiên hà nhỏ hơn. Các thiên hà lùn thường có xu hướng ít nguyên tố nặng và các sao lớn hơn. Ngoài ra, nhờ vào tiến bộ khoa học hiện tại, chúng ta có thể phát hiện ra sự sáp nhập của các hố đen cỡ lớn trong vài năm tới đây.