Thông thường, giới thiên văn học phân loại lỗ đen thành ba nhóm chính: lỗ đen khối lượng sao (gấp khoảng 5 đến 50 lần khối lượng Mặt Trời), lỗ đen siêu khối lượng (gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời) và lỗ đen khối lượng trung bình nằm giữa hai khoảng này.
Loạt 4 nghiên cứu do nhóm của Phó Giáo sư Karan Jani từ Đại học Vanderbilt dẫn đầu đã làm sáng tỏ thêm bí ẩn này. Nghiên cứu chính, được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters, đã phân tích lại dữ liệu từ các Trạm quan sát Sóng hấp dẫn bằng tia laser giao thoa LIGO (Mỹ) và Virgo (Italy). Kết quả phân tích cho thấy các tín hiệu sóng hấp dẫn tương ứng với những vụ sáp nhập của các lỗ đen có khối lượng lớn hơn từ 100 đến 300 lần khối lượng Mặt Trời. Đây được xem là những sự kiện sóng hấp dẫn từ các vật thể nặng nhất từng được ghi nhận trong thiên văn học.
Theo Giáo sư Jani, những lỗ đen này giống như "hóa thạch vũ trụ tối thượng", mở ra một cửa sổ chưa từng có để tìm hiểu về những ngôi sao đầu tiên chiếu sáng vũ trụ của chúng ta.
Tuy nhiên, các đài quan sát trên Trái Đất như LIGO chỉ thu được một phần rất nhỏ khoảnh khắc cuối cùng của các vụ va chạm này, gây khó khăn cho việc xác định cách vũ trụ tạo ra chúng. Để giải quyết vấn đề này, phòng thí nghiệm của Jani đã hướng tới sứ mệnh LISA (Laser Interferometer Space Antenna) sắp tới của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và NASA, dự kiến phóng vào cuối những năm 2030.
Trong hai nghiên cứu khác đăng trên tạp chí Astrophysical Journal, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng LISA có khả năng theo dõi các lỗ đen khối lượng trung bình này nhiều năm trước khi chúng “sáp nhập”. Điều này sẽ cung cấp những hiểu biết sâu sắc về nguồn gốc, quá trình tiến hóa và số phận cuối cùng của chúng.
Việc phát hiện sóng hấp dẫn từ các vụ sáp nhập lỗ đen đòi hỏi độ chính xác cực cao. Do đó, trong một nghiên cứu thứ tư cũng được công bố trên Astrophysical Journal, nhóm đã trình bày cách sử dụng các mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) để đảm bảo các tín hiệu từ những lỗ đen này không bị làm sai lệch bởi nhiễu từ môi trường và thiết bị dò trong dữ liệu.
Các nhà nghiên cứu hy vọng những phát hiện này sẽ củng cố vai trò của lỗ đen khối lượng trung bình như một nguồn quan trọng cho mạng lưới các máy dò sóng hấp dẫn từ Trái Đất đến không gian.
Trong tương lai, nhóm dự định sẽ khám phá cách quan sát các lỗ đen khối lượng trung bình bằng các máy dò đặt trên Mặt Trăng, với kỳ vọng việc tiếp cận các tần số sóng hấp dẫn thấp hơn từ bề mặt Mặt Trăng sẽ cho phép xác định môi trường sống của những lỗ đen này - điều mà các máy dò trên Trái Đất không thể phân giải được.
