Phát hiện vật thể bất thường đang ẩn nấp trong Thiên hà của chúng ta, có thể là lỗ đen

Trong một dự án phân tích, sàng lọc các bức ảnh có giá trị trong hai thập kỷ từ kho lưu trữ của Kính viễn vọng Không gian Hubble, các nhà vật lý thiên văn quốc tế đã bất ngờ tìm thấy những dấu hiệu có thể là bằng chứng về một lỗ đen bất thường có khối lượng ít nhất gấp 8.200 lần Mặt trời đang ẩn náu trong Thiên hà của chúng ta - Dải Ngân hà.

Để đi đến phát hiện này, nhà vật lý thiên văn Maximilian Häberle đến từ Viện Thiên văn học Max Planck ở Heidelberg, Đức và các cộng sự đã phân tích hơn 500 hình ảnh của ω Centauri, một cụm dày đặc gồm 10 triệu ngôi sao cách Hệ Mặt trời khoảng 18.000 năm ánh sáng (5,43 kiloparsec). Những hình ảnh này chủ yếu được chụp để giúp hiệu chỉnh các thiết bị của Hubble trong nhiều năm.

Nhóm nghiên cứu đã ghép các hình ảnh lại với nhau để tái tạo lại chuyển động của hơn 150.000 ngôi sao trong cụm. Häberle cho biết hầu hết các ngôi sao đều chuyển động đúng như dự đoán của các mô hình lý thuyết. Nhưng sau đó, nhóm nghiên cứu phát hiện ra có một số trường hợp đang di chuyển nhanh hơn. Cụ thể, có 7 ngôi sao, tất cả đều ở gần trung tâm của ω Centauri, đang chuyển động quá nhanh nên không thể chỉ chịu được lực hấp dẫn của cụm sao.

Điều này cho thấy các ngôi sao đã được tăng tốc bởi lực hấp dẫn của một vật thể lớn, chẳng hạn như lỗ đen. Thông qua việc phân tích vận tốc của các ngôi sao này, các nhà khoa học ước tính rằng vật thể đó cần ít nhất có khối lượng ít nhất bằng 8.200 lần khối lượng Mặt trời, thậm còn có khả năng nặng gấp 50.000 lần Mặt trời.

Hầu hết các lỗ đen đã được tìm thấy trong nửa thế kỷ qua bằng cách phát hiện các bức xạ như tia X hoặc sóng vô tuyến được tạo ra bởi khí quá nhiệt, đang chuyển động xoắn ốc vào trong lỗ đen. Gợi ý đầu tiên về sự hiện diện của Sagittarius A* thực sự là một nguồn vô tuyến - mặc dù không sáng lắm. Điều đáng nói là vẫn chưa có luồng khí bất thường nào được tìm thấy ở ω Centauri.

Tuy nhiên bằng chứng về sự hiện diện của lỗ đen “còn rất xa mới có thể kết luận được”, Gerry Gilmore, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Cambridge, Vương quốc Anh, cho biết. Đặc biệt, dữ liệu cho thấy chưa có bằng chứng nào chỉ ra quỹ đạo đang cong, điều có thể xảy ra khi các ngôi sao quay quanh một vật thể có khối lượng lớn. Trong trường hợp của Sagittarius A*, lỗ đen có khối lượng gấp 4,3 triệu lần khối lượng mặt trời ở trung tâm Dải Ngân hà, các nhà quan sát thiên văn đã tìm thấy bằng chứng không thể chối cãi về những quỹ đạo cong như vậy.

Khối lượng của vật thể bí ẩn trong ω Centauri sẽ đặt nó nằm trong phạm vi lỗ đen có khối lượng trung bình, thường được coi là có khối lượng từ khoảng 100 đến 100.000 khối lượng mặt trời. Cho đến nay, bằng chứng chắc chắn duy nhất về các lỗ đen trong phạm vi này đến từ việc phát hiện các sóng hấp dẫn được tạo ra bởi hai lỗ đen đang hợp nhất. Một sự kiện như vậy, được quan sát vào năm 2019, đã tạo ra một vật thể có khối lượng khoảng 150 lần khối lượng mặt trời.

Việc tìm kiếm các lỗ đen cỡ trung không phải là khái niệm mới trong ngành thiên văn, nhưng hầu hết sau đó đã bị bác bỏ. Các nhà vật lý thiên văn từ lâu đã nghi ngờ rằng một số nguồn tia X ‘siêu sáng’ có thể là các lỗ đen ở phạm vi kích thước này. Nhưng hầu hết những ứng cử viên đó hiện nay đã được chứng minh là những ngôi sao neutron tỏa sáng rực rỡ bất thường do vật chất quá nóng từ một ngôi sao đồng hành.

Häberle cho biết nhóm hiện đang lên kế hoạch cho những quan sát quang phổ tiếp theo bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb. Mặc dù dữ liệu của Hubble chỉ hiển thị cách các ngôi sao di chuyển trong trường quan sát, nhưng quang phổ của các ngôi sao sẽ tiết lộ cách chúng di chuyển dọc theo đường ngắm, cho phép các nhà thiên văn học tái tạo lại hoàn toàn vận tốc của chúng trong không gian 3D.

Nếu các nhà khoa học có thể chứng minh chính xác sự tồn tại của vật thể này bằng những nghiên cứu chuyên sâu hơn trong tương lai, nó sẽ trở thành lỗ đen lớn thứ hai được tìm thấy trong Thiên hà của chúng ta. Ngoài ra, đây cũng có thể là lỗ đen có khối lượng trung bình - một vật thể ở vùng đất bí ẩn giữa các lỗ đen 'siêu lớn' được cho là nằm ở trung tâm của hầu hết các thiên hà.