Phát hiện ra loại hố đen mới nhỏ nhất trong vũ trụ

Các nhà thiên văn học đang nghiên cứu về hố đen trong thiên hà của chúng ta - Dải Ngân hà và phát hiện ra thứ gì đó mà họ tin là một loại hố đen mới. Loại hố đen chưa từng được biết đến trước đó này có thể nhỏ hơn những hố đen từng được liệt vào hàng những hố đen nhỏ nhất.

 Bức ảnh hố đen đầu tiên mà chúng ta ghi lại được. (Ảnh: The Event Horizon Telescope)

Phát hiện mới này về hố đen của các nhà khoa học đã được công bố trên trang Science ngày 31/10.

"Chúng tôi nhận thấy từ phát hiện này rằng có thể có một loại hố đen nào đó ngoài kia mà chúng ta chưa từng biết tới khi nghiên cứu về các hố đen", Todd Thompson, trưởng nhóm tác giả nghiên cứu và là giáo sư về thiên văn học tại Đại học bang Ohio cho biết.

Những hố đen có thể hình thành sau khi các ngôi sao chết đi, sụp xuống và phát nổ, tạo nên những luồng sóng hấp dẫn, mạnh tới nỗi ánh sáng cũng không thể thoát ra. Chúng có thể được tìm thấy ở trung tâm các thiên hà với vai trò giống như một "động cơ khổng lồ".

Tuy nhiên, quá trình trên không phải lúc nào cũng như vậy. Khi một số ngôi sao chết đi và sụp xuống, chúng hình thành nên những sao neutron, nhỏ nhưng lại vô cùng đặc.

Cả 2 trường hợp trên đều quan trọng trong quá trình nghiên cứu bởi thông qua đó, các nhà thiên văn học có thể hiểu thêm về sự tiến hóa của những ngôi sao và sự hình thành hố đen.

Tuy nhiên, nếu chỉ tập trung vào những hố đen siêu nặng như hố đen ở trung tâm thiên hà của chúng ta và các sao neutron, họ sẽ bỏ lỡ bức tranh toàn cảnh về những "cư dân" này trong vũ trụ. Các nhà thiên văn học phát hiện ra loại hố đen mới đã so sánh điều này giống như việc một bảng điều tra dân số chỉ bao gồm những người với một chiều cao cụ thể vậy.

 "Chúng ta đang cố gắng tìm hiểu về các vụ nổ siêu tân tinh, các ngôi sao khổng lồ phát nổ như thế nào, các nguyên tố được hình thành ra sao trong những ngôi sao siêu nặng. Do đó, nếu chúng ta có thể tìm thấy một loại hố đen mới, điều ấy sẽ "kể" cho chúng ta nhiều câu chuyện hơn, rằng những ngôi sao nào sẽ phát nổ, những ngôi sao nào không, ngôi sao nào có thể hình thành hố đen, ngôi sao nào sẽ hình thành sao neutron. Điều đó sẽ mở ra một khía cạnh nghiên cứu mới".

Trước đó, các nhà khoa học tin rằng các hố đen có khối lượng gấp khoảng 5 - 15 lần khối lượng Mặt Trời của chúng ta trong khi sao neutron chỉ lớn hơn khối lượng Mặt Trời khoảng 2 lần. Tuy nhiên, một ngôi sao neutron có thể sụp xuống và trở thành 1 hố đen nếu nó nặng hơn Mặt Trời 2,5 lần.

Dù vậy, mọi thứ đã thay đổi sau khi Đài quan sát Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) phát hiện ra một vụ sáp nhập 2 hố đen trong 1 thiên hà cách chúng ta 1,8 triệu năm ánh sáng. Hai hố đen khổng lồ này lần lượt nặng gấp Mặt Trời 31 lần và 25 lần.

"Mọi người đều rất ngạc nhiên bởi sự kiện ngoạn mục này. Không chỉ vì điều đó cho thấy LIGO hoạt động tốt mà còn bởi khối lượng của các hố đen quá lớn. Những hố đen lớn như vậy chúng ta đều chưa từng thấy trước đó".

Phát hiện trên cũng mở rộng giới hạn về các loại hố đen, rằng chúng có thể lớn hơn nhiều so với những loại chúng ta từng biết. Nhưng liệu những hố đen nhỏ hơn có tồn tại, với ranh giới giữa các sao neutron và các hố đen.

Giáo sư Thompson và các đồng nghiệp của ông đã thu thập được các dữ liệu quan trọng từ đài quan sát APOGEE có thể quan sát được ánh sáng từ 100.000 ngôi sao trong Dải Ngân hà. Họ đã quan sát xem liệu sự thay đổi trong bước sóng của một ngôi sao có đem đến dấu hiệu có một "vật thể đồng hành" vô hình cùng nó hay không. Nếu có sự thay đối trong các bước sóng, từ xanh sang đỏ, điều đó cho thấy "người bạn đồng hành" này có thể là 1 hố đen.

Sau khi thu hẹp danh sách những ngôi sao, Thompson và những đồng nghiệp của ông đã tìm thấy một ngôi sao đỏ quay quanh vật gì đó nhỏ hơn những hố đen nhỏ nhất chúng ta từng biết song lại lớn hơn bất kỳ ngôi sao neutron nào từng được phát hiện trước đó.

Vật thể có khả năng là hố đen này nặng gấp 3,3 lần Mặt Trời. Trước đó, hố đen nhỏ nhất được phát hiện có khối lượng nặng gấp 3,8 lần Mặt Trời của chúng ta.

"Những điều chúng tôi phát hiện đã mở ra một hướng nghiên cứu mới về các hố đen song cũng có khả năng chúng tôi đã phát hiện ra 1 trong những loại hố đen với khối lượng thấp đầu tiên mà các nhà thiên văn học chưa từng biết tới trước đó. Khối lượng của các vật thể có thể nói với chúng ta về sự hình thành và quá trình tiến hóa cũng như bản chất của chúng", giáo sư Thompson cho biết.