Vụ sáp nhập giữa hố đen và vật thể bí ẩn
Các nhà vật lý thiên văn phát hiện tín hiệu sóng vô tuyến kỳ lạ phát ra từ quá trình sáp nhập giữa hố đen và một vật thể chưa xác định.
Mô phỏng vụ va chạm giữa hố đen và vật thể chưa xác định. Video: Space.
Một nhóm nhà nghiên cứu thông báo lần đầu tiên phát hiện tín hiệu sóng vô tuyến tạo bởi vụ va chạm của hố đen với một vật thể lớn hơn ngôi sao neutron lớn nhất nhưng nhỏ hơn hố đen nhỏ nhất. Dù phát hiện này phức tạp đến mức các nhà khoa học khó có thể xác định chính xác những gì xảy ra, tín hiệu này mang lại hy vọng về nhiều quan sát mới lạ hơn nữa trong thời gian tới. Phát hiện cũng cung cấp hiểu biết về quá trình xảy ra vụ nổ siêu tân tinh, theo Christopher Berry, nhà thiên văn học nghiên cứu sóng hấp dẫn ở Đại học Northwestern University và Đại học Glasgow, đồng tác giả nghiên cứu. Berry và cộng sự công bố phát hiện hôm 23/6 trên tạp chí Astrophysical Journal Letters.
Nhóm nghiên cứu thu được tín hiệu sóng hấp dẫn vào ngày 14/8/2019. Phân tích ban đầu cho thấy vụ va chạm có thể là một hố đen sáp nhập với sao neutron. Đó là sự kiện mà giới nghiên cứu luôn chờ đợi bởi trước đó họ mới chỉ phát hiện các vụ sáp nhập giữa hai vật thể cùng loại. Nhưng khi tiến hành thêm nhiều phân tích với dữ liệu, họ nhận ra vật thể va chạm với hố đen còn kỳ lạ hơn. Theo kết quả phân tích, hố đen có khối lượng gấp 23 lần Mặt Trời và vật thể còn lại nặng gấp 2,6 lần Mặt Trời.
Vật thể bí ẩn có khối lượng trên nằm trong khoảng chênh lệch giữa hố đen và sao neutron. Nó nhỏ hơn nhiều so với bất kỳ hố đen nào từng được nghiên cứu từ trước tới nay nhưng lớn hơn mọi ngôi sao neutron đã biết, khiến các nhà nghiên cứu không thể phân loại. Họ không phát hiện bất kỳ tín hiệu ánh sáng nào mà một ngôi sao neutron có thể phát ra, nhưng cũng không thể loại trừ khả năng đó là sao neutron.
Khác với các vụ va chạm cùng loại, cặp vật thể trong nghiên cứu có sự chênh lệch khối lượng lớn. Hố đen nặng gấp khoảng 9 lần vật thể va chạm với nó, vì vậy các nhà khoa học càng khó xem xét chi tiết sự kiện. Theo Vicky Kalogera, nhà vật lý thiên văn ở Đại học Northwestern, khi khối lượng không cân xứng, hố đen có thể “nuốt gọn” vật thể nhỏ hơn.
Sự kiện này cũng khó nghiên cứu bởi nó xảy ra ở khá xa. Vụ va chạm diễn ra cách Trái Đất khoảng 800 triệu năm ánh sáng, xa gấp 6 lần vụ sáp nhập sao neutron được phát hiện hồi tháng 8/2017 qua sóng hấp dẫn. Các nhà khoa học sẽ cần quan sát thêm nhiều vụ va chạm khác để rút ra kết luận.
Một vụ va chạm vừa tạo ra lỗ đen mới nặng gấp 25 Mặt Trời
Một vật thể bí ẩn được phát hiện va chạm với lỗ đen cách Trái Đất 800 triệu năm ánh sáng, khối lượng nhẹ hơn lỗ đen ấy rất nhiều.
Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Vật lý Thiên văn ngày 23/6 đã mô tả một vụ va chạm giữa lỗ đen với vật thể chưa xác định, được đặt tên là GW190814. Tại thời điểm xảy ra vụ va chạm, lỗ đen có khối lượng lớn hơn Mặt Trời 23 lần, tuy nhiên vật thể va chạm với nó chỉ có khối lượng lớn hơn Mặt Trời 2,6 lần.
Các nhà nghiên cứu cho rằng vật thể chưa xác định này có thể là một lỗ đen khác hoặc là sao neutron (ngôi sao hình thành từ những gì còn sót lại sau khi một ngôi sao già phát nổ).
Vật thể bí ẩn được phát hiện va chạm với lỗ đen cách Trái Đất 800 triệu năm ánh sáng có thể là sao neutron, lỗ đen hoặc một vật chất hoàn toàn mới. Ảnh: NASA.
Nếu vật thể va chạm được xác định là lỗ đen, nó sẽ là lỗ đen nhẹ nhất từng được ghi nhận (hiện lỗ đen nhẹ nhất có khối lượng gấp 5 lần Mặt Trời). Còn nếu vật thể ấy là sao neutron, đó sẽ là sao neutron lớn nhất (ngôi sao neutron lớn nhất bây giờ được nhà khoa học tìm thấy nặng hơn Mặt Trời 2,3-2,4 lần). Vụ va chạm đã tạo ra một lỗ đen mới có khối lượng gấp 25 lần Mặt Trời.
Nếu không phải 2 thứ trên, rất có khả năng đó là một vật chất nhẹ và đặc hoàn toàn mới, lần đầu tiên được tìm thấy.
"Đây là phát hiện gây sốc bởi chúng tôi không ngờ vật thể va chạm có khối lượng (kỳ lạ) như thế này", Imre Bartos, nhà vật lý thiên văn Đại học Florida, đồng tác giả nghiên cứu chia sẻ.
Theo Bartos, khối lượng của vật thể này nằm trong khoảng gấp 2,2-5 lần Mặt Trời, của những hành tinh, ngôi sao mà con người không thể sống được, liên quan đến lớp trọng lượng bí ẩn gọi là khoảng cách khối lượng - mass gap (sự khác nhau về năng lượng giữa trạng thái năng lượng thấp nhất, chân không và trạng thái năng lượng thấp tiếp theo).
Thankful Cromartie, nhà vật lý thiên văn Đại học Virginia, cho rằng đây có thể là một lỗ đen siêu nhẹ, dựa trên bằng chứng quan sát và giả thuyết về khối lượng chấp nhận của một sao neutron. Nếu đây là sao neutron, chúng ta sẽ cần nghiên cứu lý do ngôi sao này có lượng vật chất vô cùng dày đặc.
Hình ảnh mô tả 2 lỗ đen va chạm tạo ra sóng hấp dẫn. Ảnh: Viện Vật lý hấp dẫn Max Planck, Simulating eXtreme Spacetimes (SXS).
Trong quá khứ, các nhà khoa học từng phát hiện một lỗ đen va chạm với lỗ đen khác, thậm chí các sao neutron va chạm với nhau, song chưa từng phát hiện sao neutron va chạm với lỗ đen.
Vụ va chạm GW190814 được phát hiện lần đầu ngày 14/8/2019 bởi Đài quan trắc Sóng hấp dẫn bằng Giao thoa kế Laser (LIGO) đặt tại Louisiana và Washington (Mỹ) thuộc Tổ chức Khoa học Quốc gia Mỹ, và máy dò Virgo đặt tại Cascina (Italy). Nó cách Trái Đất khoảng 800 triệu năm ánh sáng, tạo ra sóng hấp dẫn khiến các máy dò tìm thấy.
Điều đáng chú ý là sự chênh lệch khối lượng giữa 2 vật thể của vụ va chạm này có tỉ lệ lên đến 9:1, phá kỷ lục của vụ va chạm trước đó (GW190412) giữa 2 lỗ đen có tỉ lệ khối lượng 4:1.
Tháng 8/2017, vụ va chạm GW170817 được phát hiện giữa 2 sao neutron, tạo ra sóng ánh sáng khiến các máy dò nhận diện được. Tuy nhiên lần này không có sóng ánh sáng nào được tìm thấy.
Các nhà khoa học cho rằng khoảng cách xảy ra vụ va chạm quá lớn nên máy dò không thể thấy sóng ánh sáng. Nếu là va chạm giữa 2 lỗ đen, sẽ không có ánh sáng nào tạo ra. Còn nếu vật thể nhỏ hơn là sao neutron, nó sẽ bị lỗ đen nuốt chửng.
Ảnh mô phỏng 2 lỗ đen va chạm, kết hợp thành một. Ảnh: Cơ quan Vũ trụ châu Âu.
Charlie Hoy, thành viên thuộc phòng công tác khoa học LIGO cho rằng đây có thể là khởi đầu cho việc tìm thấy một loại vật thể liên quan đến sóng hấp dẫn nhị phân nhỏ (compact binary) hoàn toàn mới. Cô nói rằng ít có khả năng đây là sao neutron, nhưng cũng không nên dành nhiều thời gian nghiên cứu bởi khả năng có kết quả là không nhiều.
Tóm lại, nguồn gốc của vật thể này vẫn là điều bí ẩn. Cả lỗ đen và sao neutron đều hình thành khi các ngôi sao già phát nổ, song vật thể này không có dấu hiệu hình thành từ ngôi sao mà là thứ gì đó chưa thể xác định.
Khả năng được Bartos đưa ra là vật thể này hình thành sau vụ va chạm của 2 sao neutron khối lượng bình thường (khoảng gấp 1,3 lần khối lượng Mặt Trời).
"Điều thực sự thú vị là phát hiện này mới chỉ là khởi đầu", Hoy nói. "Khi các máy dò ngày càng nhạy hơn, chúng sẽ quan sát được nhiều tín hiệu hơn để xác định các quần thể sao neutron và lỗ đen trong vũ trụ".
Những bí ẩn về 20 phút đầu tiên sau khi vũ trụ hình thành Những giây đầu tiên hình thành vũ trụ, các hạt photon, neutron và electron được tạo ra. Sau hơn 380.000 năm chìm trong bóng đêm, vũ trụ xuất hiện ánh sáng từ một ngôi sao đầu tiên.
Bí ẩn những vật thể khoác dung mạo động vật cực lạ Những khối đá tự nhiên này tự khoác lên mình dung mạo sống động của một loài động vật vô cùng lạ lùng, không hề có sự can thiệp của con người, khiến các nhà nghiên cứu bối rối tìm lời giải. Một dãy núi trong Công viên quốc gia Grand Canyon, Arizona (Mỹ) có hình dáng hùng vĩ y hệt như một...