Lỗ đen ‘đặc biệt’ cân nặng 70 khối lượng mặt trời

Các nhà khoa học vừa tìm thấy một lỗ đen cân nặng 70 khối lượng mặt trời đang quay xung quanh một ngôi sao trong Ngân Hà. Đây là lỗ đen khối lượng-sao nặng nhất được biết từ trước đến nay trong thiên hà của chúng ta. Sự tồn tại của nó khiến các nhà thiên văn khó hiểu bởi lẽ các lỗ đen thuộc kích cỡ này không được kì vọng xuất hiện trong Ngân Hà.

Ảnh minh họa LB-1 cho thấy sự bồi tụ chất khí lên trên một lỗ đen cấp sao từ ngôi sao đồng hành màu xanh của nó. Ảnh: Jingchuan YU/Beijing Planetarium/2019.

Được hình thành bởi sự co sụp hấp dẫn của các sao khối lượng lớn, các lỗ đen khó được quan sát do bởi ánh sáng không thể thoát khỏi lực hút hấp dẫn cực mạnh của chúng. Do đó, các nhà thiên văn tìm kiếm các tác dụng của lỗ đen lên môi trường xung quanh nó. Điều này tương đối dễ thực hiện đối với một số siêu lỗ đen, chúng có khối lượng gấp hàng triệu hoặc hàng tỉ lần Mặt Trời và thắp sáng vùng trung tâm của các thiên hà, trong đó có Ngân Hà.

Khó thấy hơn nhiều nữa là các lỗ đen khối lượng-sao, chúng có hàng chục khối lượng mặt trời. Kể từ 2015, các detector sóng hấp dẫn LIGO (sau đó thêm Virgo) đã dò được sự hợp nhất của một vài cặp lỗ đen khối lượng-sao – cho thấy các lỗ đen với ít nhất 70-80 khối lượng mặt trời đã tồn tại từ lâu trước đây trong các thiên hà ngoài xa.

Ở gần Ngân Hà của chúng ta hơn, các nhà thiên văn đã tìm thấy một vài lỗ đen bằng cách tìm kiếm tia X được tạo ra khi chất khí từ một ngôi sao lân cận bị nuốt vào lỗ đen.

Mặc dù ước tính có 100 triệu lỗ đen khối lượng-sao trong Ngân Hà, nhưng chỉ khoảng hơn hai chục lỗ đen được phát hiện bằng tia X – cho thấy đa số lỗ đen không trộm lấy chất khí từ bạn đồng hành. Các lỗ đen này đều cân nặng dưới 30 khối lượng mặt trời.

Nay một đội thiên văn quốc tế vừa sử dụng kính thiên văn LAMOST ở Trung Quốc phát hiện thấy một lỗ đen khối lượng-sao do tác dụng của nó lên một sao đồng hành trong một hệ đôi. Hệ đôi này ở xa chừng 15.000 năm ánh sáng trong Ngân Hà và được đặt tên là LB-1.

Lỗ đen này được nhận ra bởi việc dò thấy một sự biến thiên tuần hoàn về vận tốc xuyên tâm của ngôi sao đồng hành khi hai vật thể quay quanh nhau. Cứ mỗi 79 ngày, ngôi sao lại tăng tốc về phía Trái Đất rồi lùi ra xa – và điều này có thể phát hiện được dưới dạng một dịch chuyển Doppler của ánh sáng đến từ ngôi sao đó. Bằng cách nghiên cứu các khía cạnh khác của ánh sáng từ ngôi sao đến, đội nghiên cứu còn có thể kết luận rằng nó cân nặng khoảng tám khối lượng mặt trời.

Đội nghiên cứu còn quan sát thấy ánh sáng đến một đĩa hydrogen vây xung quanh lỗ đen, cho phép họ lần theo chuyển động của chính lỗ đen đó. Kết hợp toàn những bộ thông tin này với nhau, các nhà thiên văn tính được lỗ đen đó có 70 khối lượng mặt trời – thứ họ mô tả là “đặc biệt”.

Thủ lĩnh đội nghiên cứu là Jifeng Liu tại Đài quan trắc Thiên văn Quốc gia thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc. Ông giải thích tại sao ông thấy bất ngờ như thế: “Lẽ ra các lỗ đen có khối lượng như thế sẽ không tồn tại trong thiên hà của chúng ta, theo đa số các mô hình hiện nay về sự tiến hóa sao.”

Liu bổ sung thêm, “Chúng tôi nghĩ các sao khối lượng rất lớn với thành phần hóa học tiêu biểu trong thiên hà của chúng ta phải vương vãi phần lớn chất khí của chúng trong những cơn gió sao mạnh khi chúng tiến đến cuối đời. Do đó, chúng sẽ không để lại một tàn dư [lỗ đen] khối lượng lớn.”

“LB-1 có khối lượng gấp đôi so với cái chúng tôi nghĩ là có thể,” Liu nói. “Giờ thì các nhà lí thuyết sẽ phải đương đầu trước thách thức giải thích sự hình thành của nó.”

Nghiên cứu được mô tả trên tạp chí Nature.

Nguồn: physicworld.com