Hơn 10,7 tỷ năm trước, khi vũ trụ mới 3 tỷ năm tuổi, một vụ nổ tia gamma được gọi là GRB 950830 trong thiên hà xa xôi đã thắp sáng không gian sâu thẳm. Năm 1995, các nhà thiên văn học đã quan sát thấy sự kiện này, về bản chất là "nhìn ngược thời gian" bằng thí nghiệm vật lý thiên văn năng lượng cao BATSE tại Đài quan sát Compton Gamma-Ray, được phóng vào năm 1991 trên tàu con thoi Atlantis.

Trong một nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Nature Astronomy vào hôm 29/3, các nhà vật lý thiên văn từ Đại học Melbourne của Australia, do James Paynter dẫn đầu, đã sử dụng ánh sáng phát ra từ vụ nổ cổ đại này để phát hiện một hố đen khối lượng trung bình (IMBH), ước tính nặng gấp 10.000 lần Mặt Trời.

IMBH còn được gọi là hố đen trung gian vì chúng có khối lượng nằm giữa hố đen khối lượng sao (SBH) và hố đen siêu khối lượng (SMBH). Trong khi SBH (nặng hấp 5 - 10 lần Mặt Trời) và SMBH (nặng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần Mặt Trời) rất phổ biến trong vũ trụ, IMBH lại khó phát hiện đến mức một số nhà khoa học phải đặt câu hỏi: "liệu chúng có thực sự tồn tại hay không?".

Mô phỏng hiện tượng thấu kính hấp dẫn giúp phát hiện hố đen trong vũ trụ. Ảnh: Carl Knox/OzGrav.

Ánh sáng phát ra từ vụ nổ tia gamma đã cho phép nhóm nghiên cứu sử dụng hiện tượng thấu kính hấp dẫn để tìm IMBH. Phát hiện mới không những chứng minh sự tồn tại của IMBH và còn tiết lộ tại sao SMBH có thể đạt tới khối lượng lớn như vậy.

Thấu kính hấp dẫn là hiện tượng xảy ra khi một vật thể (như hố đen) hoạt động giống thấu kính, làm biến dạng ánh sáng đến phát ra từ một nguồn xa xôi (giống như một vụ nổ tia gamma). Sự biến dạng này báo hiệu cho các nhà thiên văn học rằng phải có một vật thể lớn cản đường.

Để xác định loại vật thể nào gây ra hiện tượng thấu kính hấp dẫn, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thêm một bước là xác định khối lượng của nó. Vì khối lượng của vật thể nằm trong phạm vi của một IMBH, họ quyết định đó là khả năng có thể xảy ra nhất. Paynter cùng các cộng sự cho biết thêm rằng họ đã loại bỏ khả năng vật thể là các cụm sao cầu hoặc các quầng vật chất tối vì chúng không đủ nhỏ và dày đặc để tạo ra hiệu ứng thấu kính hấp dẫn.

Mặc dù phát hiện mới là một bước tiến quan trọng trong việc chứng minh sự tồn tại của IMBH, vẫn còn rất nhiều bí ẩn cần được khám phá về loại hố đen này. Các nhà khoa học đến nay vẫn chưa hiểu rõ về nguồn gốc của chúng.

Nhiều giả thuyết đã được đưa ra, bao gồm IMBH có thể hình thành từ sự hợp nhất và sụp đổ của các ngôi sao hydro siêu lớn, hoặc phát triển từ các hố đen khối lượng sao ban đầu. Nếu SBH có thể tăng dần khối lượng để trở thành IMBH, IMBH cũng có thể phát triển lớn dần thành SMBH, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh.