Phát hiện hố đen gần Trái Đất nhất

25/11/2022
Các nhà thiên văn học sử dụng Đài thiên văn Gemini, do NOIRLab của NSF vận hành, đã phát hiện ra lỗ đen gần Trái đất nhất từng được biết đến. Đây là phát hiện rõ ràng đầu tiên về một lỗ đen khối sao không hoạt động trong Dải Ngân Hà. Khoảng cách của nó với Trái đất, chỉ 1600 năm ánh sáng, đã cung cấp cho chúng ta một mục tiêu nghiên cứu hấp dẫn để nâng cao hiểu biết về sự tiến hóa của hệ thống nhị phân.

Hố đen là vật thể “cực đoan” nhất trong Vũ trụ. Các phiên bản siêu lớn của những vật thể dày đặc không thể tưởng tượng này có thể nằm ở trung tâm của tất cả các thiên hà lớn. Các hố đen khối lượng sao - nặng khoảng 5 đến 100 lần khối lượng Mặt trời - phổ biến hơn nhiều, với ước tính khoảng 100 triệu chỉ riêng trong Dải Ngân hà. Tuy nhiên, chỉ có một số ít đã được xác nhận cho đến nay và gần như tất cả chúng đều "hoạt động" - có nghĩa là chúng tỏa sáng rực rỡ trong tia X khi chúng tiêu thụ vật chất từ một người bạn đồng hành sao gần đó, không giống như các hố đen không hoạt động.

Ảnh minh họa hố đen. Nguồn ảnh: © vchalup / stock.adobe.com

Các nhà thiên văn học sử dụng kính viễn vọng Gemini North trên Hawai'i, một trong những kính viễn vọng đôi của Đài thiên văn Quốc tế Gemini, do NOIRLab của NSF vận hành, đã phát hiện ra hố đen gần Trái đất nhất, mà các nhà nghiên cứu đặt tên là Gaia BH1. Hố đen không hoạt động này có khối lượng lớn hơn Mặt trời khoảng 10 lần và nằm cách xa khoảng 1600 năm ánh sáng trong chòm sao Ophiuchus, khiến nó gần Trái đất hơn ba lần so với “người bạn” giữ kỷ lục trước đó, một sao đôi tia X trong chòm sao Monoceros. Khám phá mới được thực hiện bằng cách thực hiện các quan sát tinh tế về chuyển động của người bạn đồng hành của hố đen, một ngôi sao giống như Mặt trời quay quanh hố đen ở khoảng cách tương đương với Trái đất quay quanh Mặt trời.

"Hãy lấy Hệ Mặt trời, đặt một hố đen ở vị trí của Mặt trời, đặt Mặt trời ở vị trí Trái đất, và bạn sẽ có được hệ thống này," Kareem El-Badry, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm Vật lý Thiên văn | Harvard & Smithsonian và Viện thiên văn học Max Planck, tác giả chính của bài báo mô tả khám phá này. "Mặc dù đã có nhiều phát hiện được công bố về các hệ thống như thế này, nhưng hầu như tất cả những khám phá sau đó đã bị bác bỏ. Đây là phát hiện rõ ràng đầu tiên về một ngôi sao giống Mặt trời trên quỹ đạo rộng xung quanh một hố đen có khối lượng sao trong Thiên hà của chúng ta".

Mặc dù có khả năng có hàng triệu hố đen khối lượng sao đi lang thang trên Milky Way Galaxy, nhưng một số ít được phát hiện bởi sự tương tác tràn đầy năng lượng của chúng với một ngôi sao đồng hành. Khi vật chất từ một ngôi sao gần đó xoắn ốc về phía hố đen, nó trở nên quá nóng và tạo ra tia X và tia vật chất mạnh mẽ. Nếu một hố đen không tích cực kiếm ăn (tức là nó không hoạt động), nó chỉ đơn giản là hòa nhập với môi trường xung quanh.

El-Badry nói: "Tôi đã tìm kiếm các hố đen không hoạt động trong bốn năm qua bằng cách sử dụng một loạt các bộ dữ liệu và phương pháp. Những nỗ lực trước đây của tôi, và của cả những nhà khoa học khác, đã tạo ra một loạt các hệ thống nhị phân giả dạng hố đen, nhưng đây là lần đầu tiên cuộc tìm kiếm mang lại kết quả."

Nhóm nghiên cứu ban đầu xác định hệ thống này có khả năng lưu trữ một hố đen bằng cách phân tích dữ liệu từ tàu vũ trụ Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu. Gaia đã ghi lại những bất thường nhỏ trong chuyển động của ngôi sao gây ra bởi lực hấp dẫn của một vật thể khổng lồ vô hình. Để khám phá hệ thống chi tiết hơn, El-Badry và nhóm của ông đã chuyển sang thiết bị quang phổ đa vật thể Gemini trên Gemini North, đo vận tốc của ngôi sao đồng hành khi nó quay quanh hố đen và cung cấp phép đo chính xác về chu kỳ quỹ đạo của nó. Các quan sát theo dõi là rất quan trọng để hạn chế chuyển động quỹ đạo và do đó khối lượng của hai thành phần trong hệ nhị phân, cho phép nhóm nghiên cứu xác định trung tâm là một lỗ đen lớn gấp khoảng 10 lần Mặt trời của chúng ta.

Nhóm nghiên cứu không chỉ dựa vào khả năng quan sát tuyệt vời của Gemini North mà còn dựa vào khả năng của Gemini trong việc cung cấp dữ liệu vào một thời hạn chặt chẽ, vì nhóm nghiên cứu chỉ có một khoảng thời gian ngắn để thực hiện các quan sát tiếp theo của họ.

El-Badry chia sẻ thêm: "Khi chúng tôi có những dấu hiệu đầu tiên cho thấy hệ thống chứa một hố đen, chúng tôi chỉ có một tuần trước khi hai vật thể ở khoảng cách gần nhất trong quỹ đạo của chúng. Các phép đo tại thời điểm này là điều cần thiết để đưa ra ước tính khối lượng chính xác trong một hệ thống nhị phân. Khả năng cung cấp các quan sát trong một khoảng thời gian ngắn của Gemini là rất quan trọng đối với sự thành công của dự án. Nếu chúng tôi bỏ lỡ cơ hội đó, chúng tôi sẽ phải đợi thêm một năm nữa ".

Các mô hình hiện tại của các nhà thiên văn học về sự tiến hóa của các hệ thống nhị phân rất khó giải thích cấu hình đặc biệt của hệ thống Gaia BH1 có thể phát sinh như thế nào. Cụ thể, ngôi sao tổ tiên mà sau này biến thành hố đen mới được phát hiện sẽ có khối lượng ít nhất gấp 20 lần Mặt trời của chúng ta. Điều này có nghĩa là nó sẽ chỉ sống được vài triệu năm. Nếu cả hai ngôi sao hình thành cùng một lúc, ngôi sao khổng lồ này sẽ nhanh chóng biến thành một siêu khổng lồ, phồng lên và nhấn chìm ngôi sao kia trước khi nó có thời gian để trở thành một ngôi sao dãy chính, đốt cháy hydro thích hợp như Mặt trời của chúng ta.

Hoàn toàn không rõ làm thế nào ngôi sao khối lượng mặt trời có thể sống sót sau đợt đó, kết thúc như một ngôi sao dường như bình thường, như các quan sát về nhị phân hố đen chỉ ra. Các mô hình lý thuyết cho phép sinh tồn đều dự đoán rằng ngôi sao khối lượng mặt trời lẽ ra phải kết thúc trên một quỹ đạo chặt chẽ hơn nhiều so với những gì thực sự quan sát được.

Điều này có thể chỉ ra rằng có những lỗ hổng quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về cách các hố đen hình thành và phát triển trong các hệ thống nhị phân, và cũng cho thấy sự tồn tại của một quần thể hố đen chưa được khám phá trong các tệp nhị phân.

"Điều thú vị là hệ thống này không dễ dàng được đáp ứng bởi các mô hình tiến hóa nhị phân tiêu chuẩn," El-Badry kết luận. "Nó đặt ra nhiều câu hỏi về cách hệ thống nhị phân này được hình thành, cũng như có bao nhiêu lỗ đen không hoạt động ngoài kia."

"Là một phần của mạng lưới các đài quan sát trên không gian và mặt đất, Gemini North không chỉ cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho hố đen gần nhất cho đến nay mà còn là hệ thống hố đen nguyên sơ đầu tiên, không bị lộn xộn bởi khí nóng thông thường tương tác với hố đen," Martin Still, Giám đốc Chương trình Gemini của NSF cho biết. "Trong khi điều này có khả năng ảnh hưởng đến những khám phá trong tương lai về quần thể hố đen không hoạt động được dự đoán trong Thiên hà của chúng ta, các quan sát cũng để lại một bí ẩn cần được giải đáp - mặc dù có một lịch sử chung với “người hàng xóm” kỳ lạ của nó, tại sao ngôi sao đồng hành trong hệ thống nhị phân này lại bình thường như vậy?"

Đài thiên văn Gemini được điều hành bởi sự hợp tác của sáu quốc gia, bao gồm Hoa Kỳ thông qua Quỹ Khoa học Quốc gia, Canada thông qua Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada, Chile thông qua Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, Brazil thông qua Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações, Argentina thông qua Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación và Hàn Quốc thông qua Viện Khoa học Vũ trụ và Thiên văn học Hàn Quốc.

Bài báo chi tiết: Materials provided by Association of Universities for Research in Astronomy (AURA).
Nguồn bài viết: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/11/221104113504.htm

Xử lý tin: Phương Hà



Tags:
Related news