Thiên hà bên cạnh Ngân Hà, Đám mây Magellan Lớn (LMC), có thể đang ẩn chứa một bí mật khủng khiếp. Thiên hà lùn này, một vệ tinh của thiên hà chúng ta, có thể có hố đen siêu lớn của riêng nó.
Bằng chứng về gã khổng lồ vũ trụ ẩn giấu này được đưa ra thông qua các ngôi sao siêu tốc ở rìa Ngân Hà; những 'ngôi sao chạy trốn' này dường như đã bị một hố đen siêu lớn chưa từng được phát hiện bắn ra khỏi LMC.
Nhóm nghiên cứu đứng sau khám phá gây sốc này đã đưa ra phát hiện của họ khi họ nghiên cứu 21 ngôi sao siêu tốc di chuyển nhanh đến mức chúng sẽ sớm tách khỏi thiên hà của chúng ta.
Khi theo dõi quỹ đạo của những ngôi sao siêu tốc này bằng vệ tinh theo dõi sao Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khoảng một nửa trong số chúng được hố đen siêu lớn của chính Ngân Hà, Sagittarius A* (Sgr A*) của Ngân Hà, tăng tốc.
Nhóm nghiên cứu tin rằng nửa còn lại có khả năng đã chạy trốn đến vùng ngoại ô của Ngân Hà sau một cuộc chạm trán hấp dẫn với một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của LMC đã tách những ngôi sao này khỏi các ngôi sao đôi đối tác của chúng.
"Thật đáng kinh ngạc khi nhận ra rằng chúng ta có một lỗ đen siêu lớn khác ngay bên dưới, xét về mặt vũ trụ", trưởng nhóm Jesse Han thuộc Trung tâm Vật lý thiên văn | Harvard & Smithsonian (CfA) cho biết trong một tuyên bố. "Các lỗ đen rất bí ẩn đến nỗi lỗ đen này hầu như luôn ở ngay trước mũi chúng ta trong suốt thời gian qua."
Trong khi một trong những ngôi sao này bị bắt giữ trong một quỹ đạo hẹp xung quanh lỗ đen, hoặc thậm chí có thể bị nuốt chửng trong Sự kiện phá vỡ thủy triều (TDE) dữ dội, thì ngôi sao đối tác của nó sẽ bị đẩy ra với tốc độ vượt quá hàng triệu dặm một giờ.
"Chúng tôi biết rằng những ngôi sao siêu tốc độ này đã tồn tại trong một thời gian, nhưng Gaia đã cung cấp cho chúng tôi dữ liệu cần thiết để tìm ra nguồn gốc thực sự của chúng", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ California Kareem El-Badry cho biết. "Bằng cách kết hợp những dữ liệu này với các mô hình lý thuyết mới của chúng tôi về cách các ngôi sao này di chuyển, chúng tôi đã có được khám phá đáng chú ý này."
Một lý thuyết có từ trước đã gợi ý rằng nếu một lỗ đen siêu lớn tồn tại trong LMC, nó sẽ tạo ra một cụm các ngôi sao siêu tốc độ ở một rìa của Ngân Hà do cách thiên hà lùn vệ tinh này di chuyển xung quanh thiên hà của chúng ta.
Các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết rằng các đặc tính của các ngôi sao siêu tốc được nhìn thấy ở rìa Ngân Hà không thể được giải thích bằng các cơ chế tăng tốc khả thi khác không liên quan đến một lỗ đen siêu lớn, chẳng hạn như một "cú đá" từ một ngôi sao đồng hành đang trải qua một vụ nổ siêu tân tinh.
Ngoài việc thu thập bằng chứng hỗ trợ khả năng tồn tại một lỗ đen siêu lớn trong LMC, các nhà khoa học đã có thể sử dụng tốc độ của những ngôi sao đó và số lượng của chúng so với những ngôi sao được tăng tốc bởi Sgr A* để suy ra khối lượng của lỗ đen LMC.
Nhìn chung, nhóm nghiên cứu xác định rằng khối lượng của lỗ đen LMC gấp khoảng 600.000 lần khối lượng của mặt trời.
Điều này thực sự khiến nó trở nên khá nhỏ bé so với các lỗ đen siêu lớn. Sgr A* tại trung tâm của Ngân Hà có khối lượng gấp 4,3 triệu lần khối lượng của Mặt Trời, trong khi hố đen siêu lớn trong thiên hà Messier 87 (M87) có khối lượng gấp khoảng 5 tỷ lần khối lượng của ngôi sao của chúng ta!
Câu chuyện liên quan:
— Sao lùn trắng 'Daredevil' có thể là vật thể gần nhất được biết đến với một hố đen kỳ lạ
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra rằng hố đen có thể phá hủy quá trình hình thành sao
— Các hố đen siêu lớn bẻ cong các định luật vật lý để phát triển đến kích thước khổng lồ
"Giải thích duy nhất mà chúng ta có thể đưa ra cho dữ liệu này là sự tồn tại của một hố đen khổng lồ trong thiên hà ngay cạnh chúng ta", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu CfA Scott Lucchini cho biết. "Vì vậy, trong khu vực vũ trụ lân cận của chúng ta, không chỉ có lỗ đen siêu lớn của Ngân Hà đẩy các ngôi sao ra khỏi thiên hà của nó."
Nghiên cứu của nhóm đã được chấp nhận xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn với phiên bản in trước có sẵn trên trang lưu trữ arXiv.
Bằng chứng về gã khổng lồ vũ trụ ẩn giấu này được đưa ra thông qua các ngôi sao siêu tốc ở rìa Ngân Hà; những 'ngôi sao chạy trốn' này dường như đã bị một hố đen siêu lớn chưa từng được phát hiện bắn ra khỏi LMC.
Nhóm nghiên cứu đứng sau khám phá gây sốc này đã đưa ra phát hiện của họ khi họ nghiên cứu 21 ngôi sao siêu tốc di chuyển nhanh đến mức chúng sẽ sớm tách khỏi thiên hà của chúng ta.
Khi theo dõi quỹ đạo của những ngôi sao siêu tốc này bằng vệ tinh theo dõi sao Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khoảng một nửa trong số chúng được hố đen siêu lớn của chính Ngân Hà, Sagittarius A* (Sgr A*) của Ngân Hà, tăng tốc.
Nhóm nghiên cứu tin rằng nửa còn lại có khả năng đã chạy trốn đến vùng ngoại ô của Ngân Hà sau một cuộc chạm trán hấp dẫn với một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của LMC đã tách những ngôi sao này khỏi các ngôi sao đôi đối tác của chúng.
"Thật đáng kinh ngạc khi nhận ra rằng chúng ta có một lỗ đen siêu lớn khác ngay bên dưới, xét về mặt vũ trụ", trưởng nhóm Jesse Han thuộc Trung tâm Vật lý thiên văn | Harvard & Smithsonian (CfA) cho biết trong một tuyên bố. "Các lỗ đen rất bí ẩn đến nỗi lỗ đen này hầu như luôn ở ngay trước mũi chúng ta trong suốt thời gian qua."
Sao siêu tốc độ chạy trốn là gì?
Sao siêu tốc độ được cho là hình thành khi một hệ sao đôi đến quá gần một lỗ đen siêu lớn.Trong khi một trong những ngôi sao này bị bắt giữ trong một quỹ đạo hẹp xung quanh lỗ đen, hoặc thậm chí có thể bị nuốt chửng trong Sự kiện phá vỡ thủy triều (TDE) dữ dội, thì ngôi sao đối tác của nó sẽ bị đẩy ra với tốc độ vượt quá hàng triệu dặm một giờ.
"Chúng tôi biết rằng những ngôi sao siêu tốc độ này đã tồn tại trong một thời gian, nhưng Gaia đã cung cấp cho chúng tôi dữ liệu cần thiết để tìm ra nguồn gốc thực sự của chúng", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ California Kareem El-Badry cho biết. "Bằng cách kết hợp những dữ liệu này với các mô hình lý thuyết mới của chúng tôi về cách các ngôi sao này di chuyển, chúng tôi đã có được khám phá đáng chú ý này."
Một lý thuyết có từ trước đã gợi ý rằng nếu một lỗ đen siêu lớn tồn tại trong LMC, nó sẽ tạo ra một cụm các ngôi sao siêu tốc độ ở một rìa của Ngân Hà do cách thiên hà lùn vệ tinh này di chuyển xung quanh thiên hà của chúng ta.
Các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết rằng các đặc tính của các ngôi sao siêu tốc được nhìn thấy ở rìa Ngân Hà không thể được giải thích bằng các cơ chế tăng tốc khả thi khác không liên quan đến một lỗ đen siêu lớn, chẳng hạn như một "cú đá" từ một ngôi sao đồng hành đang trải qua một vụ nổ siêu tân tinh.
Ngoài việc thu thập bằng chứng hỗ trợ khả năng tồn tại một lỗ đen siêu lớn trong LMC, các nhà khoa học đã có thể sử dụng tốc độ của những ngôi sao đó và số lượng của chúng so với những ngôi sao được tăng tốc bởi Sgr A* để suy ra khối lượng của lỗ đen LMC.
Nhìn chung, nhóm nghiên cứu xác định rằng khối lượng của lỗ đen LMC gấp khoảng 600.000 lần khối lượng của mặt trời.
Điều này thực sự khiến nó trở nên khá nhỏ bé so với các lỗ đen siêu lớn. Sgr A* tại trung tâm của Ngân Hà có khối lượng gấp 4,3 triệu lần khối lượng của Mặt Trời, trong khi hố đen siêu lớn trong thiên hà Messier 87 (M87) có khối lượng gấp khoảng 5 tỷ lần khối lượng của ngôi sao của chúng ta!
Câu chuyện liên quan:
— Sao lùn trắng 'Daredevil' có thể là vật thể gần nhất được biết đến với một hố đen kỳ lạ
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra rằng hố đen có thể phá hủy quá trình hình thành sao
— Các hố đen siêu lớn bẻ cong các định luật vật lý để phát triển đến kích thước khổng lồ
"Giải thích duy nhất mà chúng ta có thể đưa ra cho dữ liệu này là sự tồn tại của một hố đen khổng lồ trong thiên hà ngay cạnh chúng ta", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu CfA Scott Lucchini cho biết. "Vì vậy, trong khu vực vũ trụ lân cận của chúng ta, không chỉ có lỗ đen siêu lớn của Ngân Hà đẩy các ngôi sao ra khỏi thiên hà của nó."
Nghiên cứu của nhóm đã được chấp nhận xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn với phiên bản in trước có sẵn trên trang lưu trữ arXiv.
