Một lỗ đen cực hiếm đang ẩn mình ở ngay trung tâm của Milky Way

Cụm sao IRS 13 từ lâu đã là một câu đố đối với các nhà thiên văn học. Nằm chỉ cách trung tâm của thiên hà Milky Way của chúng ta một phần mười năm ánh sáng, nơi có lỗ đen siêu nặng Sagittarius A*, việc ở gần của cụm sao với lực hấp dẫn mạnh mẽ của lỗ đen khổng lồ này có nghĩa là nó khó mà có được cấu trúc rõ ràng.

Nhưng sau khi tìm hiểu, các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng các ngôi sao nóng, lớn của cụm sao này đang di chuyển theo một mô hình có trật tự. Giải thích của họ, được trình bày trong một nghiên cứu được công bố vào ngày 18 tháng 7 trên tạp chí The Astrophysical Journal, là các ngôi sao được neo giữ bởi một lỗ đen chưa xác định đang tương tác với Sagittarius A*.

"Cụm sao thú vị này đã tiếp tục gây ngạc nhiên cho cộng đồng khoa học kể từ khi nó được phát hiện khoảng hai mươi năm trước," Florian Peissker, một nhà thiên văn học tại Đại học Cologne, Đức, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết trong một thông báo. "Lúc đầu, nó được cho là một ngôi sao nặng bất thường. Tuy nhiên, với dữ liệu độ phân giải cao, chúng tôi có thể xác nhận thứ tạo nên nó có thể là một lỗ đen khối lượng trung bình ở trung tâm."

Các lỗ đen được sinh ra từ sự sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ và phát triển bằng cách ăn khí, bụi, sao và các lỗ đen khác. Hiện nay, các lỗ đen đã biết có xu hướng rơi vào hai loại chính: lỗ đen khối lượng sao, có khối lượng từ vài đến vài chục lần khối lượng Mặt Trời, và lỗ đen siêu nặng, những con quái vật vũ trụ có khối lượng từ vài triệu đến 50 tỷ lần khối lượng Mặt Trời.

Lỗ đen khối lượng trung bình - theo lý thuyết là từ 100 đến 100.000 lần khối lượng Mặt Trời - là những lỗ đen khó nắm bắt nhất trong vũ trụ. Trong khi các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho một số ứng viên hứa hẹn, không có lỗ đen khối lượng trung bình nào được xác nhận chắc chắn là tồn tại.

Điều này đặt ra một câu đố cho các nhà thiên văn học. Nếu các lỗ đen phát triển từ khối lượng sao đến siêu nặng bằng cách ăn liên tục, sự thiếu vắng các quan sát xác nhận lỗ đen trong giai đoạn phát triển trung gian cho thấy một lỗ hổng lớn hơn trong hiểu biết của chúng ta về những quái vật vũ trụ này.

Để điều tra cấu trúc của IRS 13, các nhà thiên văn đã quan sát bằng cách sử dụng đài quan sát VLT (Very Large Telescope), Tổ hợp kính milimet/hạ-milimet Atacama (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) và Kính thiên văn không gian Chandra X-ray và lập mô hình toán học của cụm sao.

Chuyển động của các ngôi sao cho thấy một không gian dường như không có gì ở trung tâm của cụm, nhưng khi các nhà nghiên cứu nhìn vào không gian này, họ phát hiện các tia X phát ra từ một vòng khí ion hóa - bằng chứng rõ ràng của một đĩa bồi tụ lỗ đen. Các tính toán quỹ đạo tiết lộ rằng một khối lượng gấp 30.000 lần khối lượng Mặt Trời có khả năng đang chiếm giữ khu vực này. Đó là khối lượng của một lỗ đen khối lượng trung bình!

Với lượng ứng viên lỗ đen rất ít đã có được, các nhà thiên văn muốn thực hiện các quan sát tiếp theo bằng Kính thiên văn không gian James Webb và đài quan sát ELT (Extremely Large Telescope, hiện đang được xây dựng tại sa mạc Atacama của Chile). Những quan sát này không chỉ làm sáng tỏ hành vi kỳ lạ của cụm sao mà còn cung cấp những hiểu biết về bí ẩn ở cách mà các lỗ đen nhỏ và những họ hàng khổng lồ của chúng hoạt động.

Bryan
Theo Livescience