Hai lỗ đen này được phát hiện thông qua những dao động mờ nhạt của bức xạ vô tuyến do các kính thiên văn mặt đất cũng như không gian thu nhận được. Chúng đang có quỹ đạo quanh nhau theo chu kỳ 12 năm, cách Trái Đất khoảng 5 tỷ năm ánh sáng.
Lỗ đen nhỏ hơn được phát hiện với một luồng hạt gần vận tốc ánh sáng, xoáy quanh như vòi nước đang xoay, hay là như chiếc đuôi đang vẫy của một chú chó. Lỗ đen lớn hơn, tạo ra một vòi phun vũ trụ lớn hơn được gọi là blazar OJ287, là một lỗ đen siêu nặng với khối lượng xấp xỉ gấp 18 tỷ lần khối lượng Mặt Trời của chúng ta. Các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện này vào ngày 9 tháng 10 trên The Astrophysical Journal.
“Lần đầu tiên, chúng tôi đã có thể chụp được hình ảnh hai lỗ đen quay quanh nhau,” tiến sĩ Mauri Valtonen - tác giả chính của nghiên cứu và là nhà thiên văn học tại Đại học Turku ở Phần Lan - cho biết. “Trong bức ảnh, các lỗ đen được xác định qua các luồng hạt cường độ cao mà chúng phát ra. Bản thân các lỗ đen thì hoàn toàn tối, nhưng chúng có thể được phát hiện thông qua các luồng hạt này hoặc khí phát sáng xung quanh.”
Lỗ đen được hình thành từ sự sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ và phát triển bằng cách nuốt chửng khí, bụi, sao và các lỗ đen khác. Ở một số lỗ đen lớn, ma sát khiến vật chất xoáy vào bên trong chúng nóng lên và phát ra ánh sáng mà các kính thiên văn có thể phát hiện, chúng chính là những nhân thiên hà hoạt động (viết tắt là AGN).
Loại AGN mạnh mẽ nhất nhất là quasar - những lỗ đen siêu nặng có khối lượng gấp hàng tỷ lần Mặt Trời, phát ra những luồng sáng mạnh gấp hàng nghìn tỷ lần các ngôi sao sáng nhất. Khi các tia sáng này hướng về đường ngắm của Trái Đất, chúng được gọi là blazar.
Trước đây, các nhà thiên văn học đã chụp được hình ảnh các lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của thiên hà Milky Way và thiên hà lân cận Messier 87, và có nhiều bằng chứng về các cặp lỗ đen và sự hợp nhất của chúng thông qua việc phát hiện sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, mặc dù nghi ngờ từ lâu rằng OJ287 chứa một cặp lỗ đen quay quanh nhau, các kính thiên văn không đủ độ phân giải để tách biệt chúng khỏi một chấm sáng duy nhất.
Thực tế, các quan sát về OJ287 đã có từ trước khi các nhà thiên văn biết đến sự tồn tại của lỗ đen; những lần bùng phát ánh sáng bán định kỳ của nó đã được ghi lại trong các ảnh chụp thiên văn vào cuối thế kỷ 19 nhằm nghiên cứu các đối tượng vũ trụ gần Trái Đất. Việc xem lại dữ liệu từ các bản chụp này cùng với các quan sát tiếp theo đã dẫn đến những suy đoán từ thập niên 1980 rằng sự thay đổi độ sáng đều đặn của hệ này là do hai lỗ đen có quỹ đạo quanh nhau gây ra.
Để có được bằng chứng trực quan, các nhà thiên văn học đã sử dụng ảnh vô tuyến thu được từ một mạng lưới trong đó có vệ tinh RadioAstron, hay còn gọi là Spektr-R - một vệ tinh khoa học của Nga mang theo kính thiên văn vô tuyến hoạt động từ năm 2011 đến 2019.
Một sơ đồ lý thuyết (bên trái) cho thấy vị trí của các lỗ đen và các tia vật chất tại thời điểm chụp ảnh, cùng với ảnh vô tuyến (bên phải). (Nguồn ảnh: Valtonen và cộng sự., 2025.)
“Ăng-ten vô tuyến của vệ tinh đã mở rộng ra tới một nửa khoảng cách đến Mặt Trăng, điều này cải thiện đáng kể độ phân giải của hình ảnh,” Valtonen nói. “Những năm gần đây, chúng tôi chỉ có thể sử dụng các kính thiên văn mặt đất, vốn không có độ phân giải hình ảnh cao như vậy.”
So sánh các đặc điểm trong hình ảnh với các tính toán trước đó, nhóm nghiên cứu đã phân biệt được hai thành phần tương ứng với các tia vật chất từ mỗi lỗ đen, xuất hiện đúng ở vị trí mà lý thuyết dự đoán.
Tuy nhiên, vẫn còn một số điểm chưa rõ ràng: Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng hai tia trong hình ảnh có thể chồng lấn lên nhau, nghĩa là vẫn chưa thể hoàn toàn loại trừ khả năng chỉ có một lỗ đen.
“Khi độ phân giải gần bằng với độ phân giải mà RadioAstron cung cấp được đạt lại trong tương lai..., việc đó có thể xác minh được ‘chuyển động đuôi vẫy’ của lỗ đen thứ cấp,” họ viết.
(Theo Livescience)
Khoa học