Thấy lỗ đen gần trái đất bằng kỹ thuật săn ngoại hành tinh

Bản chất “vô hình” của phần lớn các lỗ đen làm nản chí các nhà thiên văn học. Họ chỉ có thể nghiên cứu về giai đoạn cuối của tiến hóa sao từ một số được tìm thấy khi đốt nóng một “đĩa phát triển dần lên” – tạo khí mà chúng hút thành xoáy. Dẫu vậy thì gần đây thì các nhà thiên văn học đã tìm thấy nhiều ứng viên không hề được bồi tạo như vậy, khi sử dụng một kỹ thuật mà họ vẫn dùng để tìm kiếm các ngoại hành tinh. Những người săn ngoại hành tinh thường tìm những cú chuyển theo chu kỳ trong tần số của ánh sáng từ những ngôi sao khi chúng chuyển hướng tới hoặc rời xa trái đất. Nó có thể do tác động của lực hấp dẫn từ tác động qua lại với một vật thể “bạn bè” có quỹ đạo không nhin thấy được. Một lực kéo nhỏ cũng chỉ dấu ra một hành tinh có khối lượng rất nhỏ; một lực kéo lớn có thể là dấu hiệu của một lỗ đen.

Thomas Rivinius, một nhà thiên văn học  tại Đài quan sát Nam Âu (ESO), và đồng nghiệp của ông đã nghiên cứu một hệ sao đặc biệt mang tên HR 6819 theo cách này với việc sử dụng một kính viễn vọng 2,2 mét  ở Chile, do ESO và Hội Max Planck điều hành. Họ nghĩ đây là một hành tinh đôi, nhưng đây là một lỗ sâu đục lớn trong các chuyển pha ánh sáng theo chu kỳ của một trong những ngôi sao mà có thể chỉ ra sự hiện diện của chúng. Đó có thể là một hệ gồm ba phần, với một ngôi sao có chuyển động với quỹ đạo nhanh 40 ngày với một vật thể chưa nhìn thấy và một ngôi sao khác có khoảng cách xa hơn, quỹ đạo chậm hơn. Các tác giả đã trình bày như vậy trong bài báo xuất bản trên Astronomy & Astrophysics. Khối lượng của vật thể không thấy được đủ lớn – gấp bốn lần mặt trời, và nếu đó là một ngôi sao thì “chúng ta có thể thấy nó”, Rivinius nói.

Để chắc chắn vật thể này là một lỗ đen, các nhà nghiên cứu sẽ phải có một cái nhìn gần hơn vào hệ này. Họ đã sử dụng một giao thoa kế quang học của ESO, một thiết bị kết hợp ánh sáng của các kính thiên văn riêng rẽ để đạt được độ phân giải của một kính tiên văn lớn hơn. “Chúng tôi không thể thấy lỗ đen này,” Rivinius nói, nhưng họ có thể thấy được một trong những ngôi sao “có quỹ đạo của một thứ nào đó không có mặt ở đó.”

Nhóm nghiên cứu đã may mắn khi tình cờ “săn lùng” khắp một hệ, nhà thiên văn học Benjamin Giesers của trường đại học Göttingen. “Anh phải quan sát rất nhiều sao để tìm được một cái như ý”. Anh và đồng nghiệp đã nghiên cứu 25 cụm sao dạng hình cầu có mặt quanh dải Ngân hà và mỗi cụm sao đó chứa hàng ngàn ngôi sao. Năm 2017, họ đã tìm ra một lỗ đen có khối lượng gấp 4,5 lần mặt trời, có tác động qua lại giữa các ngôi sao cận kề.

Vào năm 2019, Thompson và đồng nghiệp đã có một cú may mắn, sau khi tìm kiếm dữ liệu từ Sloan Digital Sky Survey và sử dụng All-Sky Automated Survey for Supernovae để chọn lọc số lượng. Cuối cùng, họ đã tìm ra một ngôi sao khổng lồ quay với tốc độ cực nhanh tên là 2MASS J05215658+4359220 mà từ giao động của nó đã chỉ dấu một lỗ đen gần đó có khối lượng vào khoảng 2,5 lần mặt trời. Việc nghiên cứu các hệ như vậy và HR 6819 sẽ giúp cho các nhà thiên văn “hiểu về cách các sao đôi hoạt động và cách các lỗ đen hình thành,” Thompson nói. Phát hiện mới “là rất đáng giá”, ông nhận xét thêm. “Nó sẽ cần được nghiên cứu nhiều hơn nữa”.

Tuy nhiên ông cũng đưa ra một lưu ý là nếu kiểm tra kỹ lưỡng hơn thì có thể phải loại đi một số ứng viên lỗ đen. “Tôi không nghĩ tất cả đều đúng. Anh cần phải phải biết hoài nghi”. Nhưng sự thân là những lỗ đen không được “bồi đắp” đang bắt đầu chứng tỏ sự hiện diện của mình trong những hệ đôi hoặc hệ ba, điều đó đề xuất là có thể có nhiều lỗ đen bị cô lập ở ngoài dải Ngân hà và một số còn có khoảng cách gần hơn với Trái đất hơn cả HR 6819.

Thanh Phương dịch

Nguồn: https://www.sciencemag.org/news/2020/05/astronomers-find-closest-black-hole-earth-hiding-plain-sight