Các nhà khoa học tin rằng một lỗ đen siêu lớn ẩn náu ở trung tâm của hầu hết mọi thiên hà trong vũ trụ, với khối lượng gấp hàng triệu hoặc hàng tỷ lần Mặt trời và có lực hấp dẫn khổng lồ có nhiệm vụ giữ tất cả các ngôi sao lại với nhau. Tuy nhiên, trung tâm của cụm thiên hà Abell 2261, nằm cách Trái đất khoảng 2.7 tỷ năm ánh sáng, dường như đã phá vỡ lý thuyết. Ở đó, các quy tắc của vật lý thiên văn chỉ ra rằng cần có một con quái vật khổng lồ có khối lượng từ 3,000 đến 100,000 triệu lần khối lượng Mặt Trời, có thể so sánh với trọng lượng của một số loài lớn nhất từng được biết đến. Tuy nhiên, nhiều khi các nhà nghiên cứu tìm kiếm không ngừng, không có cách nào để tìm thấy nó. Những quan sát mới nhất với Đài quan sát tia X Chandra của NASA và Kính viễn vọng Không gian Hubble chỉ đi sâu vào bí ẩn.
Sử dụng dữ liệu Chandra thu được vào năm 1999 và 2004, các nhà thiên văn học đã tìm kiếm trung tâm của Abell để tìm 2,261 dấu hiệu của một lỗ đen siêu lớn. Họ đang tìm kiếm vật chất đã trở nên quá nóng khi nó rơi vào lỗ đen và tạo ra tia X, nhưng họ không phát hiện ra nguồn như vậy.
Bị trục xuất sau khi hợp nhất
Giờ đây, với những quan sát mới và dài hơn về Chandra thu được vào năm 2018, một nhóm do Kayhan Gultekin thuộc Đại học Michigan dẫn đầu đã tiến hành một cuộc tìm kiếm sâu hơn đối với lỗ đen ở trung tâm của thiên hà. Họ cũng xem xét một cách giải thích thay thế, trong đó lỗ đen bị đẩy ra sau khi hai thiên hà hợp nhất, mỗi thiên hà có lỗ riêng, để tạo thành thiên hà được quan sát.
Khi các lỗ đen hợp nhất, chúng tạo ra sóng trong không-thời gian gọi là sóng hấp dẫn. Nếu số lượng lớn sóng hấp dẫn được tạo ra bởi một sự kiện như vậy mạnh hơn theo hướng này so với hướng khác, lý thuyết dự đoán rằng lỗ đen mới, thậm chí có khối lượng lớn hơn sẽ được gửi với tốc độ tối đa từ trung tâm thiên hà theo hướng ngược lại. Đây được gọi là một lỗ đen rút lui.
Các nhà thiên văn học không tìm thấy bằng chứng xác thực nào về độ giật của lỗ đen, và người ta không biết liệu các siêu khối lượng có đến đủ gần nhau để tạo ra sóng hấp dẫn và hợp nhất hay không. Cho đến nay, họ mới chỉ xác minh được các vụ tan chảy của các vật thể nhỏ hơn nhiều. Việc tìm thấy một cái lùi lớn hơn sẽ khuyến khích các nhà khoa học tìm kiếm sóng hấp dẫn từ việc hợp nhất các lỗ đen siêu lớn.
Tín hiệu gián tiếp
Các nhà khoa học tin rằng điều này có thể xảy ra ở trung tâm của Abell 2261 bởi hai dấu hiệu gián tiếp. Đầu tiên, dữ liệu từ các quan sát quang học từ Hubble và kính thiên văn Subaru cho thấy một lõi thiên hà, vùng trung tâm nơi số lượng sao trong thiên hà có giá trị cực đại, lớn hơn nhiều so với dự kiến, đối với một thiên hà có kích thước như nó. Dấu hiệu thứ hai là sự tập trung dày đặc nhất của các ngôi sao trong thiên hà cách trung tâm hơn 2,000 năm ánh sáng, ở khoảng cách đáng ngạc nhiên.
Trong quá trình hợp nhất, lỗ đen siêu lớn trong mỗi thiên hà chìm về phía trung tâm của thiên hà mới được hợp nhất. Nếu chúng được giữ lại với nhau bằng lực hấp dẫn và quỹ đạo của chúng bắt đầu co lại, các lỗ đen được cho là sẽ tương tác với các ngôi sao xung quanh và đẩy chúng ra khỏi trung tâm của thiên hà. Điều này sẽ giải thích phần lõi lớn của Abell 2261.
Sự tập trung ngoài tâm của các ngôi sao cũng có thể do một sự kiện bạo lực như sự hợp nhất của hai lỗ đen siêu lớn và sự giật lùi sau đó của một lỗ đen lớn hơn.
Không có dấu vết trong các vì sao
Mặc dù có những dấu hiệu cho thấy sự hợp nhất của lỗ đen đã xảy ra, cả dữ liệu của Chandra và Hubble đều không cho thấy bằng chứng về bản thân lỗ đen. Các nhà nghiên cứu trước đây đã sử dụng Hubble để tìm kiếm một nhóm các ngôi sao có thể đã bị cuốn đi bởi một lỗ đen đang rút lui. Họ đã nghiên cứu ba cụm gần trung tâm của thiên hà và xem xét liệu chuyển động của các ngôi sao trong các cụm này có đủ cao để cho thấy chúng chứa một lỗ đen có khối lượng 10 tỷ Mặt Trời hay không. Không có bằng chứng rõ ràng nào được tìm thấy cho một lỗ đen ở hai trong số các nhóm và các ngôi sao trong nhóm kia quá mờ nhạt để đưa ra kết luận hữu ích.
Trước đây, họ cũng đã nghiên cứu các quan sát về Abell 2261 với Mảng rất lớn Karl G. Jansky của NSF. Phát xạ vô tuyến được phát hiện gần trung tâm của thiên hà cho thấy rằng hoạt động của một lỗ đen siêu lớn đã xảy ra ở đó 50 triệu năm trước, nhưng điều đó không chỉ ra rằng trung tâm của thiên hà hiện đang chứa một lỗ đen như vậy.
Sau đó, họ đến Chandra để tìm kiếm vật chất đã quá nóng và tạo ra tia X khi nó rơi vào lỗ đen. Trong khi dữ liệu tiết lộ rằng khí nóng dày đặc nhất không nằm ở trung tâm của thiên hà, nó không được hiển thị ở trung tâm của cụm sao hoặc trong bất kỳ cụm sao nào. Các tác giả kết luận rằng hoặc không có lỗ đen ở bất kỳ vị trí nào trong số này hoặc nó đang thu hút vật chất quá chậm để tạo ra tín hiệu tia X có thể phát hiện được.
Bí ẩn về vị trí của lỗ đen khổng lồ này vẫn tiếp tục. Mặc dù cuộc tìm kiếm không thành công nhưng các nhà thiên văn hy vọng rằng Kính viễn vọng Không gian James Webb có thể tiết lộ sự hiện diện của nó. Nếu Webb không thể tìm thấy nó, thì lời giải thích tốt nhất là lỗ đen đã di chuyển đủ xa khỏi trung tâm của thiên hà.
