Buzz
Những nhà thiên văn học đã phát hiện một lỗ đen RẤT tinh quái
Luôn có điều gì đó mới mẻ và hứng thú diễn ra trong lĩnh vực nghiên cứu lỗ đen.
Albert Einstein đầu tiên công bố cuốn sách giải thích lý thuyết tương đối tổng quát – giả thiết về lỗ đen – vào năm 1922. Một trăm năm sau, những nhà thiên văn học đã ghi lại hình ảnh thực tế của lỗ đen ở trung tâm Dải Ngân Hà. Trong một bài báo gần đây, một nhóm nhà thiên văn mô tả một phát hiện mới hứng thú khác: lỗ đen “ngủ” đầu tiên được quan sát ngoài Dải Ngân Hà.
Tôi là một nhà thiên văn học đã nghiên cứu về lỗ đen – những vật thể có mật độ cao nhất trong vũ trụ – gần hai thập kỷ. Lỗ đen ngủ là những lỗ đen không phát ra bất kỳ ánh sáng nào có thể phát hiện được. Do đó, chúng nổi tiếng khó tìm thấy. Phát hiện mới này là hứng thú vì nó mang lại cái nhìn về quá trình hình thành và tiến hóa của lỗ đen. Thông tin này quan trọng để hiểu các sóng hấp dẫn cũng như các sự kiện thiên văn khác.
VFTS 243 là gì chính xác?
VFTS 243 là một hệ thống nhị phân, có nghĩa là nó bao gồm hai vật thể xoay quanh một trung tâm khối lượng chung. Vật thể đầu tiên là một ngôi sao nóng màu xanh với 25 lần khối lượng của Mặt Trời, và vật thứ hai là một lỗ đen nặng gấp chín lần so với Mặt Trời. VFTS 243 nằm trong Tinh vân Tarantula trong đám Mây Lớn Magellanic, một thiên hà vệ tinh của Dải Ngân Hà nằm khoảng 163,000 năm ánh sáng từ Trái Đất.
Lỗ đen trong VFTS 243 được coi là ngủ vì nó không phát ra bất kỳ bức xạ có thể phát hiện được nào. Điều này hoàn toàn trái ngược với các hệ thống nhị phân khác trong đó tia X mạnh được phát hiện từ lỗ đen.
Lỗ đen có đường kính khoảng 33 dặm (54 kilômét) và bị làm nhỏ bởi ngôi sao năng lượng mạnh, lớn gấp khoảng 200,000 lần. Cả hai quay nhanh quanh một trung tâm khối lượng chung. Ngay cả với những kính viễn vọng mạnh nhất, hệ thống này trực quan xuất hiện như một chấm xanh duy nhất.
Tìm kiếm lỗ đen ngủ
Nhà thiên văn học nghi ngờ có hàng trăm hệ thống nhị phân như vậy với lỗ đen không phát ra tia X ẩn trong Dải Ngân Hà và Đám Mây Lớn Magellanic. Lỗ đen dễ nhìn thấy nhất khi chúng đang lấy chất từ một ngôi sao bạn đồng hành, một quá trình được biết đến là “feeding”.
Quá trình này tạo ra một đĩa khí và bụi bao quanh lỗ đen. Khi vật liệu trong đĩa rơi vào phía trong hướng lỗ đen, ma sát làm nóng đĩa chấp nhận đến hàng triệu độ. Những đĩa chấp nhận nóng này phát ra một lượng lớn tia X. Lỗ đen đầu tiên được phát hiện theo cách này là hệ thống nổi tiếng Cygnus X-1.
On the left is an optical image showing Cygnus X-1 outlined by a red box. On the right is an artist rendition showing the outer layers of the black hole siphoning off matter from the companion star and forming an accretion disk. X-ray: NASA/CXC; Optical: Digitized Sky SurveyNhững nhà thiên văn học đã biết từ nhiều năm trước rằng VFTS 243 là một hệ thống nhị phân, nhưng liệu hệ thống đó có phải là cặp sao hay là một bước nhảy giữa một ngôi sao đơn và một lỗ đen không rõ. Để xác định điều này, nhóm nghiên cứu hệ thống nhị phân đã sử dụng một kỹ thuật gọi là tách phổ. Kỹ thuật này tách ánh sáng từ VFTS 243 thành các bước sóng thành phần của nó, tương tự như khi ánh sáng trắng đi vào một prisma và tạo ra các màu khác nhau.
Phân tích này đã cho thấy rằng ánh sáng từ VFTS 243 đến từ một nguồn duy nhất, không phải là hai ngôi sao riêng biệt. Với không có bức xạ nào phát ra từ ngôi sao đồng hành, kết luận duy nhất có thể là cơ thể thứ hai trong hệ thống nhị phân là một lỗ đen và do đó là lỗ đen ngủ đầu tiên được phát hiện ngoài Dải Ngân Hà.
In the VFTS 243 system, the stellar companion and black hole (which are not shown to scale) orbit each other. Notice that there is no accretion disk present. ESO/L. CalçadaTại sao VFTS 243 quan trọng?
Hầu hết các lỗ đen có khối lượng dưới 100 Mặt Trời được hình thành từ sự sụp đổ của một ngôi sao lớn. Khi điều này xảy ra, thường có một vụ nổ to lớn được biết đến là supernova.
Sự thật là lỗ đen trong hệ thống VFTS 243 đang ở quỹ đạo tròn với ngôi sao là bằng chứng mạnh mẽ rằng không có vụ nổ supernova, có thể đã đẩy lỗ đen ra khỏi hệ thống – hoặc ít nhất là làm phá vỡ quỹ đạo. Thay vào đó, dường như ngôi sao mẹ sụp đổ trực tiếp để tạo ra lỗ đen mà không có vụ nổ.
Ngôi sao lớn trong hệ thống VFTS 243 chỉ còn sống thêm 5 triệu năm nữa – một chớp mắt trong quy định thời gian thiên văn. Sự chết của ngôi sao sẽ dẫn đến sự hình thành của một lỗ đen khác, biến hệ thống VFTS 243 thành một hệ thống nhị phân lỗ đen.
Bài viết của Idan Ginsburg, Giảng viên Học viện Vật lý & Thiên văn, Đại học Georgia State
Bài viết này được phát lại từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.
