Bằng việc sử dụng đài quan sát VLT của ESO (Đài quan sát ở Nam bán cầu của Châu Âu), các nhà thiên văn đã truy vết và tìm thấy một lỗ đen nhỏ nằm bên ngoài thiên hà Milky Way thông qua nghiên cứu tác động của lỗ đen này tới chuyển động của một ngôi sao ở vùng lân cận. Đây là lần đầu tiên phương pháp phát hiện này được sử dụng để tiết lộ xem liệu có một lỗ đen nào nằm bên ngoài thiên hà của chúng ta hay không. Phương pháp này có thể là mấu chốt để khám phá các lỗ đen ẩn mình trong Milky Way và các thiên hà lân cận, đồng thời giúp làm sáng tỏ cách mà những thiên thể bí ẩn này hình thành và phát triển.
Lỗ đen mới được tìm thấy hiện đang ẩn nấp trong NGC 1850 - một cụm chứa hàng nghìn sao nằm cách chúng ta khoảng 160.000 năm ánh sáng trong Mây Magellan Lớn (LMC) - một thiên hà láng giềng của Milky Way.
“Tương tự như cách Sherlock Holmes tìm ra một băng nhóm tội phạm dựa trên những sai lầm của chúng, chúng tôi cũng đang nghiên cứu từng sao một trong cụm này bằng kính phóng đại nhằm cố gắng tìm kiếm một số bằng chứng về sự có mặt của các lỗ đen mà không thể nhìn thấy trực tiếp”, Sara Saracino thuộc Viện Nghiên cứu Vật lý thiên văn của Đại học John Moores tại Liverpool, Anh; đồng thời là người dẫn đầu nghiên cứu hiện đã được chấp nhận xuất bản trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society cho biết. “Kết quả hiển thị ở đây chỉ tượng trưng cho một trong những kẻ phạm tội đang bị truy nã, nhưng khi bạn đã tìm thấy được một người tức là bạn sắp tìm ra nhiều kẻ khác, trong các cụm khác nhau.”
“Kẻ phạm tội” đầu tiên được nhóm nghiên cứu truy vết và tìm thấy này hóa ra là một ngôi sao nặng hơn Mặt Trời của chúng ta khoảng 11 lần. Manh mối đã khiến các nhà thiên văn phát hiện dấu vết của lỗ đen này là ảnh hưởng hấp dẫn của nó lên một sao chuyển động quanh có khối lượng bằng 5 lần Mặt Trời.
Trước đây, các nhà thiên văn đã tìm thấy những lỗ đen “khối lượng sao” nhỏ như vậy ở các thiên hà khác thông qua việc thu được luồng ánh sáng phát ra ở dải tia X khi các lỗ đen này nuốt vật chất hoặc từ các sóng hấp dẫn được tạo ra khi các lỗ đen va chạm với nhau hoặc với các sao neutron.
Tuy nhiên, hầu hết các lỗ đen khối lượng sao không thể được nhìn thấy qua các bức xạ ở dải tia X hoặc sóng hấp dẫn. “Phần lớn có thể chỉ được phát hiện dựa trên tương tác hấp dẫn của chúng”, Stefan Dreizler - một thành viên trong nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Göttingen ở Đức - cho biết. “Khi tạo thành hệ kép với một sao khác, các lỗ đen này sẽ ngầm tác động tới chuyển động của sao đó nhưng tác động này có thể nhận thấy được, vì vậy chúng tôi có thể phát hiện các lỗ đen này bằng những công cụ tinh vi.”
Phương pháp động lực (dựa trên tương tác hấp dẫn giữa hai hoặc nhiều thiên thể) này được Saracino và nhóm của bà sử dụng có thể cho phép các nhà thiên văn tìm thấy nhiều lỗ đen hơn và giúp khám phá những bí ẩn của chúng. Đồng tác giả nghiên cứu Mark Gieles thuộc Đại học Barcelona ở Tây Ban Nha cho biết: “Mỗi phát hiện được tìm thấy sẽ rất quan trọng đối với sự hiểu biết trong tương lai của chúng tôi về các cụm sao và các lỗ đen trong đó.”
Những phát hiện ở cụm sao NGC 1850 đánh dấu lần đầu tiên một lỗ đen được tìm thấy trong một cụm sao trẻ (cụm sao này chỉ khoảng 100 triệu năm tuổi, một cái nháy mắt đối với thang thời gian thiên văn). Sử dụng phương pháp động lực trong các cụm sao tương tự có thể khám phá ra nhiều lỗ đen trẻ hơn nữa và làm sáng tỏ cách chúng tiến hóa. Bằng việc so sánh chúng với các lỗ đen lớn hơn, trưởng thành hơn trong các cụm sao già hơn, các nhà thiên văn có thể sẽ hiểu cách các thiên thể này phát triển thông qua việc nuốt các sao hoặc hợp nhất với các lỗ đen khác. Hơn nữa, việc lập biểu đồ phân bố của các lỗ đen trong những cụm sao giúp chúng ta tăng cường hiểu biết về nguồn gốc của các nguồn sóng hấp dẫn.
Để tiến hành nghiên cứu của mình, nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu thu thập được trong hai năm từ vệ tinh thăm dò quang phổ đa đơn vị (MUSE) được gắn ở VLT của ESO, nằm ở sa mạc Atacama của Chile.
“MUSE cho phép chúng tôi quan sát các khu vực rất đông đúc, như vùng trong cùng của các cụm sao, phân tích ánh sáng của mọi ngôi sao trong vùng lân cận. Kết quả cuối cùng thu được là thông tin về hàng nghìn sao trong một lần chụp, nhiều hơn ít nhất 10 lần so với bất kỳ công cụ nào khác”, đồng tác giả Sebastian Kamann, một chuyên gia điều hành MUSE kỳ cựu tại Viện Nghiên cứu Vật lý thiên văn của Liverpool cho biết. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu phát hiện sự có mặt của lỗ đen dựa trên dấu hiệu động kỳ lạ của một ngôi sao kỳ lạ. Dữ liệu từ thí nghiệm thấu kính hấp dẫn quang học của Đại học Warsaw và từ kính thiên văn không gian Hubble của NASA / ESA cho phép họ đo khối lượng của lỗ đen và xác nhận phát hiện của mình.
Đài quan sát Extremely Large Telescope (ELT) của ESO ở Chile được thiết lập để bắt đầu hoạt động vào cuối thập kỷ này sẽ cho phép các nhà thiên văn tìm thấy nhiều lỗ đen ẩn nấp hơn nữa. Saracino cho biết: “ELT chắc chắn sẽ cách mạng hóa lĩnh vực này. Nó sẽ cho phép chúng tôi quan sát một lượng đáng kể các sao mờ hơn trong cùng một trường nhìn, cũng như tìm kiếm các lỗ đen trong những cụm sao cầu nằm ở khoảng cách xa hơn rất nhiều.”
Hồng Anh
Theo Science Daily
