Nhiều thiên hà chứa lượng lớn các phân tử khí ở vùng gần trung tâm của chúng. Các khí với các phân tử được tập hợp dày đặc là nguồn gốc sinh ra rất nhiều ngôi sao. Tuy nhiên, hiện tượng này được cho là liên quan mật thiết tới các hoạt động của trung tâm ngân hà. Vậy nên, chúng ta cần nghiên cứu kĩ lưỡng tình trạng vật lý và đặc tính hóa học của khí phân tử tại trung tâm ngân hà qua các quan sát. Để có được dữ liệu quan sát cụ thể và chính xác, biện pháp tốt nhất là nghiên cứu trung tâm Milky Way, nơi chứa chính Hệ Mặt Trời của chúng ta.
Nhóm nghiên cứu quan sát được các ranh giới tỏa ra với bước sóng khoảng 0.87mm, thải ra từ các phân tử CO tại một khu vực gồm nhiều bậc, trong đó chứa trung tâm của Dải Ngân Hà. Kính thiên văn ASTE 10m tại sa mạc Atacama (4800m trên mực nước biển) của Chile đã được sử dụng để quan sát. Tổng lượng giờ quan sát lên đến trên 250 giờ, với các quan sát kéo dài từ 2005 đến 2010.
Nhóm nghiên cứu đã so sánh các dữ liệu quan sát này với dữ liệu về ranh giới tỏa ra với bước sóng 2,6mm, phát ra từ các phân tử CO ở cùng khu vực này, những dữ liệu này được thu thập với Kính thiên văn NRO 45m. Khi so sánh các giá trị của ranh giới tỏa ra ở các bước sóng khác nhau, thoát ra từ khí CO, chúng ta có thể dự đoán nhiệt độ và mật độ của khí phân tử. Bằng cách này, nhóm nghiên cứu đã có thể lần đầu tiên vẽ nên các bản đồ với độ chính xác cao về các khí phân tử ấm và đặc ở nhiệt độ trên 50 độ Kelvin và mật độ hơn 10000 phân tử hidro trên cm khối tại trung tâm Milky Way.
Oka, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Các kết quả thật đáng kinh ngạc.” Khí phân tử ấm, đặc ở khu vực này được tập hợp ở bốn nơi (Sgr A, L=+1.3°, L=-0.4°, L=-1.2°). Tuy nhiên, bốn cụm khí này đều đang di chuyển với vận tốc rất lớn vào khoảng trên 100km/s. Sgr A, một trong bốn cụm khí, chứa Saggitarius A, trung tâm của Milky Way. Oka nói thêm: “Ba cụm khí còn lại là những vật thể chúng tôi tìm thấy lần đầu tiên. Chúng tôi nghĩ rằng Sagittarius A là ví trí của một hố đen siêu lớn vào khoảng 4 triệu lần khối lượng Mặt Trời. Chúng ta có thể suy luận rằng cụm khí Sgr A có một cấu trúc hình đĩa với bán kính khoảng 25 năm ánh sáng và quay quanh lỗ đen siêu lớn với vân tốc rất lớn.
Mặt khác, nhóm cũng tìm thấy bằng chứng của sự mở rộng thay vì sự quay ở ba cụm khí còn lại. Điều này nghĩa là 3 cụm khí L=+1.3°, L=-0.4°and L=-1.2° có cấu trúc được tạo bởi các vụ nổ sao băng xảy ra bên trong các cụm khí. Cụm khí L=+1.3° có lượng năng lượng mở rộng lớn nhất. Năng lượng mở rộng của nó tương đương với 200 vụ nổ supernova (siêu tân tinh). Tuổi thọ của các cụm khí này được dự đoán vào khoảng 60000 năm. Vậy nên, nếu nguồn năng lượng là các vụ nổ supernova, các vụ nổ này phải xảy ra mỗi 300 năm.
Nhóm nghiên cứu sử dụng Kính thiên văn NRO 45m một lần nữa để tiếp tục nghiên cứu sự phân bố, chuyển động và cấu tạo của khí phân tử, từ đó kết luận về giả thiết các vụ nổ sao băng đã gây ra sự mở rộng. “Các quan sát cho thấy rõ nguồn năng lượng của L=+1.3° là nhiều vụ nổ sao băng. Chúng tôi đã tìm ra nhiều cấu trúc và phân tử mở rộng được tạo thành do các sóng va chạm.” Oka phát biểu về sự hứng thú khi nghiên cứu hiện tượng này. “Dựa vào quan sát của L=+1.3°, chúng ta cũng có thể suy luận các cụm khí mở rộng L=-0.4° và L=-1.2° lấy năng lượng từ nhiều vụ nổ sao băng,” Oka nói thêm.
Một vụ nổ supernova là một vụ nổ khủng khiếp xảy ra khi một ngôi sao với khối lượng nặng hơn 8 đến 10 lần Mặt Trời kết thúc sự tồn tại của nó. Một tần xuất lớn của các vụ nổ như vậy (300 năm 1 lần) gợi ý rằng nhiều ngôi sao trẻ, khối lượng lớn được tập trung trong các cụm khí. Nói cách khác, điều này nghĩa là có một cụm sao lớn ở bên trong mỗi cụm khí. Dựa vào tần số của các supernova, nhóm nghiên cứu dự đoán khối lượng của cụm sao bên trong L=+1.3° vào khoảng gấp 100000 khối lượng Mặt Trời, ngang với khối lượng cụm sao lớn nhất trong Dải Ngân Hà. Như vừa miêu tả, cụm sao rất lớn, nhưng nó chỉ vừa mới được phát hiện. “Hệ Mặt Trời nằm ở rìa của đĩa Dải Ngân Hà, và cách trung tâm Dải Ngân Hà khoảng 30000 năm ánh sáng. Lượng khí và bụi khổng lồ nằm giữa Hệ Mặt Trời và trum tâm Milky Way không chỉ cản trở ánh sáng nhìn thấy được, mà còn cản trở cá tia hồng ngoại, không tới được Trái Đất. Hơn nữa, vô số ngôi sao ở phần phình ra và phần đĩa của Milky Way nằm trong tầm quan sát. Vậy nên, dù cụm sao có lớn đến như thế nào, chúng ta cũng rất khó có thể nhìn thấy cụm sao trục tiếp tại trung tâm thiên hà,” Oka giải thích.
“Các cụm sao lớn tại trung tâm Milky Way có thể cung cấp các thông tin rât quan trọng về sự hình thành và phát triển của phần trung tâm Milky Way,” Oka nói. Theo các tính toán giả thiết, khi mật độ các ngôi sao tại trung tâm các cụm sao tăng lên, các ngôi sao sẽ bị hợp lại, từng ngôi sao một. Vậy nên, chúng ta có thể dự đoán các IMBH (hố đen khối lượng trung bình) với khối lượng gấp vài trăm lần Mặt Trời được hình thành. Cuối cùng những IMBH và cụm sao này sẽ chìm vào trung tâm Milky Way. Cũng có thể những IMBH và cụm sao này sau đó sẽ tiếp tục hợp lại, và tạo ra một lỗ đen khổng lồ ở trung tâm Milky Way. Hoặc những IMBH và những cụm sao có thể giúp mở rộng một lỗ đen lớn tồn tại sẵn.
Lỗ đen siêu lớn tại Sagittarius A, trung tâm Milky Way, cũng có thể đã phát triển qua những quá trình này. Tóm lại, khám phá mới là sự tìm ra nơi bắt nguồn của các IMBH đã trở thành chính những “hạt giống” cho lỗ đen siêu lớn tại trung tâm.
“Chúng tôi muốn quan sát các IMBH trong cụm sao. Thực ra, các dữ liệu quan sát của chúng tôi đã chỉ ra dấu vết của các IMBH,” Oka nói. Một trong những lượng khí vừa được phát hiện L=-0.4° chứa hai cụm khí nhỏ đang di chuyển ở vận tốc rất lớn. Nếu các cụm khí nhỏ này được xác định là đang quay, chúng ta có thể suy ra rằng có những khối lượng khổng lồ chưa nhìn thấy được nằm ở trung tâm các cụm khí. Những khối lượng khổng lồ này có thể là nhũng IMBH giấu trong trung tâm các cụm khí. Giáo sư Oka đang mong chờ các bước tiến mới của nghiên cứu trong tương lai, ông phát biểu: “Để khẳng định sự tồn tại của các IMBH, chúng tôi đang dự định sẽ tiến hành quan sát thêm. Các khám phá mới sẽ có nhũng đóng góp quan trọng trong việc làm sáng tỏ cách thức hình thành và phát triển của lỗ đen siêu lớn tại trung tâm thiên hà, và đây là một vấn đề đặt lên hàng đầu trong vật lý thiên hà.”
Quỳnh Chi (VACA)
Theo Science Daily
