Mang khối lượng khổng lồ gấp 36 tỷ lần Mặt Trời nhưng lỗ đen "quái vật" này lại không hoạt động, không nuốt chửng vật chất và chỉ nằm im lìm ở trung tâm của một "thiên hà hóa thạch".
Sự tồn tại của nó đánh dấu một giai đoạn cuối cùng của quá trình tiến hóa thiên hà trong vũ trụ và là lời giải đáp cho nhiều câu hỏi lớn về cách các lỗ đen siêu khối lượng hình thành và phát triển.
Lực hấp dẫn của nó mạnh đến mức có thể làm biến dạng không thời gian, bẻ cong ánh sáng từ các thiên hà nền thành một vành đai Einstein hình móng ngựa phát sáng, hé lộ sự tồn tại của nó.
Lỗ đen khổng lồ này, nằm cách Trái Đất khoảng 5 tỷ năm ánh sáng, là ứng cử viên nặng ký cho danh hiệu lỗ đen lớn nhất từng được phát hiện cho đến nay. Nó nằm ở trung tâm của thiên hà "Cosmic Horseshoe", một thiên hà lớn đến mức có thể làm cong không thời gian, bẻ cong ánh sáng từ các thiên hà nền thành một vành đai Einstein hình móng ngựa phát sáng.
Điều khiến khám phá này trở nên phi thường hơn nữa là lỗ đen này hoàn toàn "im lặng", nó không chủ động nuốt chửng vật chất cũng như không phát ra bức xạ như các lỗ đen hoạt động khác.
"Phát hiện này là về một lỗ đen 'ngủ yên' không tích tụ vật chất tại thời điểm quan sát," Carlos Melo, nhà nghiên cứu chính tại Đại học Liên bang Rio Grande do Sul ở Brazil, cho biết. "Việc phát hiện ra nó hoàn toàn dựa vào lực hấp dẫn cực lớn của nó và tác động của nó lên môi trường xung quanh".
Lực hấp dẫn của lỗ đen này mạnh đến mức nó đã bẻ cong ánh sáng từ một thiên hà phía sau nó, một hiện tượng được gọi là thấu kính hấp dẫn. Hiện tượng này tạo ra một vòng tròn phát sáng hình móng ngựa, một dấu hiệu rõ ràng cho thấy sự hiện diện của một vật thể khổng lồ và đậm đặc.
Ánh sáng uốn cong, các ngôi sao bay với tốc độ "kinh hoàng"
Để khám phá ra con quái vật này, các nhà khoa học đã kết hợp hai phương pháp thiên văn học tiên tiến: động học sao (nghiên cứu về cách các ngôi sao di chuyển trong thiên hà) và thấu kính hấp dẫn (hiện tượng bẻ cong ánh sáng do trọng lực).
Kỹ thuật này cho phép nhóm nghiên cứu vượt qua những hạn chế của các phương pháp phát hiện lỗ đen truyền thống, vốn thường chỉ hiệu quả trong vũ trụ gần. Họ quan sát thấy các ngôi sao gần tâm thiên hà di chuyển với tốc độ gần 400 km/giây, một dấu hiệu rõ ràng của lực hấp dẫn mạnh đến khó tin.
Tốc độ này nhanh đến mức, nếu một vật thể di chuyển với tốc độ đó trên Trái Đất, nó sẽ bay vòng quanh hành tinh này 10 lần trong một giờ.
"Bằng cách kết hợp hai phép đo này, chúng tôi có thể hoàn toàn tin tưởng rằng lỗ đen này là có thật", giáo sư Thomas Collett thuộc Đại học Portsmouth chia sẻ. "Nó là một trong mười lỗ đen siêu khối lượng hàng đầu từng được phát hiện, và rất có thể là lỗ đen nặng nhất. Nhờ phương pháp của chúng tôi, chúng tôi có thể chắc chắn hơn nhiều về khối lượng của nó so với hầu hết các lỗ đen khác".
"Ngôi mộ thiên hà" sinh ra quái vật khổng lồ
Thiên hà chứa lỗ đen này thuộc về một nhóm thiên hà đặc biệt, được gọi là "thiên hà hóa thạch", một điểm cuối của quá trình tiến hóa thiên hà trong vũ trụ. Những cấu trúc như vậy hình thành khi một nhóm thiên hà từng đông đúc sụp đổ thành một thiên hà thống trị duy nhất bằng cách hợp nhất với tất cả các thiên hà lân cận.
Các nhà khoa học tin rằng khối lượng lớn bất thường của lỗ đen này có thể là kết quả của sự hợp nhất của một số lỗ đen siêu lớn nhỏ hơn theo thời gian trong quá trình va chạm và sáp nhập của các thiên hà chủ.
Khám phá này có ý nghĩa sâu sắc. Các nhà thiên văn học tin rằng sự phát triển của các lỗ đen siêu lớn có liên quan chặt chẽ đến quá trình tiến hóa của chính các thiên hà. Khi các thiên hà phát triển, chúng dẫn vật chất về phía các lỗ đen ở trung tâm của chúng.
Một số vật chất này cung cấp nhiên liệu cho lỗ đen, nhưng phần lớn bị đẩy ra dữ dội bằng các tia năng lượng cao được gọi là quasar: những ngọn hải đăng rực lửa làm nóng và thổi bay khí, ngăn cản sự hình thành các ngôi sao mới. "Chúng tôi cho rằng kích thước của hai thiên hà này có liên quan chặt chẽ với nhau", Collett nói. "Các chuẩn tinh truyền một lượng năng lượng khổng lồ vào thiên hà chủ của chúng, ngăn cản các đám mây khí ngưng tụ để hình thành các ngôi sao mới".
Thiên hà Milky Way của chúng ta chứa một lỗ đen tương đối "nhẹ nhàng" ở trung tâm, có khối lượng gấp khoảng 4 triệu lần Mặt Trời. Hiện tại nó đang yên ắng, nhưng các nhà thiên văn học dự đoán nó sẽ thức tỉnh trở lại. Khoảng 4,5 tỷ năm nữa, khi Milky Way hợp nhất với thiên hà Andromeda, vụ va chạm thiên hà đó có thể khơi mào lại lỗ đen trung tâm của chúng ta, biến nó thành một quasar.
Trớ trêu thay, khám phá mang tính đột phá này thậm chí không phải là mục tiêu ban đầu của nhóm. Họ đang nghiên cứu sự phân bố của vật chất tối trong "vòm ngựa vũ trụ" thì tình cờ phát hiện ra sự hiện diện của lỗ đen này.
Giờ đây, khi phương pháp của họ đã được xác thực, các nhà nghiên cứu có kế hoạch áp dụng nó bằng cách sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng không gian Euclid của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, mở ra cánh cửa khám phá thêm nhiều "người khổng lồ im lặng" ẩn giấu trong vũ trụ.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Với những khám phá này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cách các lỗ đen hình thành và phát triển, và cách chúng ảnh hưởng đến sự tiến hóa của các thiên hà.
Lỗ đen "quái vật" này không chỉ là một hiện tượng thiên văn học đáng chú ý, mà còn là một lời nhắc nhở về sự phức tạp và kỳ diệu của vũ trụ, nơi những bí ẩn vẫn đang chờ đợi được giải mã.
Đức Khương