Dựa vào kích thước khối lượng, các nhà thiên văn học chia thiên thể này thành ba loại: hố đen khối lượng sao (khoảng 5 đến 50 lần khối lượng Mặt Trời), hố đen siêu khối lượng (khoảng từ hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời) và hố đen khối lượng trung bình nằm giữa hai loại trên. Mặc dù các nhà khoa học tin rằng có sự tồn tại của hố đen khối lượng trung bình, nhưng họ biết rất ít về nguồn gốc và đặc điểm của nó, do đó cho rằng đây là phần bị mất tích hiếm có trong quá trình tiến hóa của hố đen. Gần đây, các nhà thiên văn học cuối cùng đã thu được bằng chứng mới về hố đen khối lượng trung bình.
Nghiên cứu này do nhóm từ Đại học Vanderbilt của Mỹ phân tích lại các sự kiện hợp nhất hố đen mà Đài quan sát Sóng hấp dẫn Laser (LIGO) và thiết bị Virgo đã phát hiện trong quá khứ. Hố đen sau khi hợp nhất có khối lượng từ 100 đến 300 lần khối lượng Mặt Trời, hoàn toàn nằm trong khoảng lý thuyết của hố đen khối lượng trung bình. Kết quả này cung cấp bằng chứng quan sát mạnh mẽ nhất, ủng hộ sự tồn tại của hố đen khối lượng trung bình. Các nhà nghiên cứu cho biết mặc dù khối lượng hố đen trong báo cáo phân tích mới vẫn còn mang tính suy đoán, nhưng nó mở ra một cửa sổ chưa từng có để hiểu về những ngôi sao đầu tiên thắp sáng vũ trụ.
Thiết bị như LIGO chỉ có thể ghi lại khoảnh khắc cuối cùng của sự va chạm giữa các hố đen khối lượng trung bình “nhẹ”, khiến việc xác định cách chúng hình thành trong vũ trụ trở nên rất khó khăn. Hố đen khối lượng trung bình đã được coi là phần bị thiếu trong cây phả hệ của hố đen; hố đen khối lượng sao có thể được hình thành từ sự sụp đổ của những ngôi sao lớn, trong khi hố đen siêu khối lượng nằm ở trung tâm các thiên hà, nhưng quá trình kết nối giữa chúng vẫn còn mơ hồ. Việc phát hiện sóng hấp dẫn do sự va chạm của hố đen cần độ chính xác cực cao, giống như việc nghe tiếng kim rơi trong cơn bão. Nhóm nghiên cứu đã thể hiện cách mà mô hình trí tuệ nhân tạo có thể đảm bảo tín hiệu hố đen không bị ảnh hưởng bởi môi trường dữ liệu và tiếng ồn của thiết bị.
Sau đó, nhóm sẽ nghiên cứu cách thiết lập trạm quan sát sóng hấp dẫn trên Mặt Trăng, nhằm tránh sự can thiệp từ Trái Đất, giúp phát hiện hiệu quả hơn các sóng hấp dẫn tần số thấp chưa được quan sát đến, thúc đẩy nghiên cứu về hố đen khối lượng trung bình. Đây không chỉ là nghiên cứu về hố đen mà còn đặt nền móng cho một kỷ nguyên mới trong việc khám phá không gian và Mặt Trăng. Nhóm cũng nhấn mạnh rằng, chương trình quan sát sóng hấp dẫn không gian LISA (Laser Interferometer Space Antenna), dự kiến được phóng vào cuối thập kỷ 2030, sẽ trở thành công cụ quan trọng để khám phá các thiên thể bí ẩn. Khác với LIGO, LISA có khả năng quan sát tần số thấp hơn, có thể phát hiện sự kiện sóng hấp dẫn từ nhiều năm trước khi xảy ra hợp nhất, giúp các nhà khoa học có cái nhìn toàn diện hơn về quá trình hình thành và phát triển của hố đen. Bài báo sau này sẽ được công bố trên tạp chí “Astrophysical Journal Letters”.
(Bài viết này được ủy quyền từ Đài thiên văn Đài Bắc; hình ảnh chính là khu vực trung tâm của cụm sao cầu Omega Centauri, nơi kính viễn vọng không gian Hubble phát hiện bằng chứng mạnh mẽ về ứng viên hố đen khối lượng trung bình, nguồn: ESA / Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA))