Gaia phát hiện ra một họ hố đen mới

Quần thể lỗ đen mới

Sử dụng dữ liệu từ sứ mệnh Gaia của ESA, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra không chỉ tủ đựng đồ mà còn là lỗ đen gần Trái đất thứ hai. Các hố đen Gaia BH1 và Gaia BH2 lần lượt nằm cách chúng ta 1560 năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Ophiuchus và 3800 năm ánh sáng trong chòm sao Centaurus. Về mặt thiên hà, những lỗ đen này nằm ở sân sau vũ trụ của chúng ta.

Hai lỗ đen được phát hiện bằng cách nghiên cứu chuyển động của các ngôi sao đồng hành của chúng. Một sự ‘lắc lư’ kỳ lạ trong chuyển động của các ngôi sao trên bầu trời cho thấy rằng chúng đang quay quanh một vật thể rất lớn. Trong cả hai trường hợp, các vật thể đều nặng hơn Mặt trời của chúng ta khoảng mười lần. Những lời giải thích khác cho những người bạn đồng hành khổng lồ này, chẳng hạn như hệ thống sao đôi, đã bị loại trừ vì chúng dường như không phát ra bất kỳ ánh sáng nào.

Cho đến gần đây, tất cả các hố đen mà các nhà thiên văn học biết đến đều được phát hiện nhờ sự phát xạ ánh sáng – thường ở bước sóng tia X và vô tuyến – do vật chất rơi vào tạo ra. Các hố đen mới thực sự có màu đen và chỉ có thể được phát hiện nhờ hiệu ứng hấp dẫn của chúng. Khoảng cách của các ngôi sao đến lỗ đen và quỹ đạo của các ngôi sao xung quanh chúng dài hơn nhiều so với các hệ nhị phân lỗ đen và sao đã biết khác. Những cặp lỗ đen sao gần hơn, được gọi là nhị phân tia X, có xu hướng rất sáng trong tia X và ánh sáng vô tuyến, do đó dễ tìm thấy hơn. Nhưng những khám phá mới cho thấy rằng các lỗ đen trong các hệ nhị phân rộng hơn là phổ biến hơn.

“Điều làm cho nhóm hố đen mới này khác biệt với những nhóm mà chúng ta đã biết là khoảng cách xa của chúng với các ngôi sao đồng hành. Kareem El-Badry, người phát hiện ra các lỗ đen mới và là nhà nghiên cứu tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian ở Hoa Kỳ và Viện Thiên văn học Max-Planck, giải thích rằng những lỗ đen này có thể có lịch sử hình thành hoàn toàn khác so với các nhị phân tia X. ở Heidelberg, Đức.

Chuyển động của hàng tỷ ngôi sao

Các lỗ đen được phát hiện bằng cách sử dụng dữ liệu Gaia. Gaia đo chính xác vị trí và chuyển động của hàng tỷ ngôi sao. Chuyển động của các ngôi sao trên bầu trời có thể cung cấp manh mối thiết yếu về các vật thể có lực hấp dẫn ảnh hưởng đến những ngôi sao này. Những vật thể này có thể bao gồm các ngôi sao khác, ngoại hành tinh và cả lỗ đen.

“Độ chính xác của dữ liệu Gaia là điều cần thiết cho khám phá này. Các lỗ đen được tìm thấy bằng cách phát hiện ra sự dao động nhỏ của ngôi sao đồng hành của nó khi quay quanh nó. Timo Prusti, nhà khoa học dự án Gaia của ESA cho biết, không có công cụ nào khác có khả năng đo lường như vậy.

Gaia cung cấp các phép đo chính xác về chuyển động theo ba hướng, nhưng để hiểu chính xác hơn cách các ngôi sao di chuyển ra xa và hướng về phía chúng ta, cần có thêm các phép đo vận tốc xuyên tâm. Các đài quan sát trên mặt đất đã cung cấp những thứ này cho các lỗ đen mới được tìm thấy và điều này đưa ra manh mối cuối cùng để kết luận rằng các nhà thiên văn học đã phát hiện ra các lỗ đen.

Lỗ đen vô hình

Lỗ đen thường không hoàn toàn vô hình. Khi vật chất rơi vào chúng, chúng có thể phát ra ánh sáng vô tuyến và tia X. Đối với lỗ đen thứ hai của Gaia, Đài quan sát tia X Chandra của NASA và kính viễn vọng vô tuyến MeerKAT của Nam Phi trên mặt đất đã tìm kiếm ánh sáng này, nhưng họ không thể phát hiện ra bất kỳ tín hiệu nào.

“Mặc dù chúng tôi không phát hiện thấy gì, nhưng thông tin này vô cùng quý giá vì nó cho chúng tôi biết rất nhiều điều về môi trường xung quanh lỗ đen. Có rất nhiều hạt thoát ra khỏi ngôi sao đồng hành dưới dạng gió sao. Nhưng vì chúng tôi không nhìn thấy bất kỳ ánh sáng vô tuyến nào, điều đó cho chúng tôi biết lỗ đen không phải là kẻ ăn thịt lớn và không có nhiều hạt đi qua chân trời sự kiện của nó. Chúng tôi không biết tại sao lại như vậy, nhưng chúng tôi muốn tìm hiểu!” Yvette Cendes, người đã giúp phát hiện ra lỗ đen thứ hai và là nhà thiên văn học tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian ở Mỹ, cho biết.

Loại lỗ đen mới không phát ra bất kỳ ánh sáng nào, khiến chúng gần như vô hình, có thể là do chúng cách xa các ngôi sao đồng hành của mình hơn nhiều. Gaia BH1 và Gaia BH2 có quỹ đạo cách xa nhau nhất trong tất cả các lỗ đen đã biết. Thực tế là chúng cũng là những lỗ đen gần Trái đất nhất đã biết cho thấy rằng còn nhiều lỗ đen tương tự khác trong hệ nhị phân rộng vẫn đang chờ được khám phá.

“Điều này rất thú vị vì giờ đây nó ngụ ý rằng những lỗ đen trên quỹ đạo rộng này thực sự phổ biến trong không gian – phổ biến hơn so với các cặp nhị phân nơi lỗ đen và ngôi sao ở gần nhau hơn. Nhưng rắc rối là phát hiện ra chúng. Tin tốt là Gaia vẫn đang thu thập dữ liệu và lần phát hành dữ liệu tiếp theo của nó (vào năm 2025) sẽ chứa nhiều ngôi sao khác trong số này cùng với các lỗ đen bí ẩn đồng hành trong đó,” Yvette giải thích.

Bản phát hành dữ liệu tiếp theo của Gaia sẽ dựa trên 66 tháng quan sát và sẽ chứa thông tin được cải thiện về quỹ đạo của các ngôi sao. Trong khi chờ đợi, các nhà thiên văn học sẽ bận rộn tìm hiểu xem những lỗ đen trên quỹ đạo rộng này đến từ đâu.

Kareem El-Badry chỉ ra: “Chúng tôi nghi ngờ rằng có thể tồn tại lỗ đen trong các hệ thống rộng lớn hơn, nhưng chúng tôi không chắc chúng hình thành như thế nào. Phát hiện của họ có nghĩa là chúng ta phải điều chỉnh các lý thuyết của mình về sự tiến hóa của các hệ thống sao đôi vì vẫn chưa rõ các hệ thống này hình thành như thế nào.”

“Hiệp hội phân tích và xử lý dữ liệu của Gaia đang phát triển các phương pháp để xác định các nhị phân chiêm tinh với các đối tác nhỏ gọn. Chúng tôi hy vọng sẽ cung cấp một mẫu ứng cử viên tốt trong lần phát hành dữ liệu Gaia tiếp theo,” thành viên nhóm Tsevi Mazeh từ Đại học Tel Aviv cho biết. Cộng đồng khoa học mong muốn mở rộng hơn nữa quần thể lỗ đen không hoạt động mới này.

Ghi chú cho biên tập viên:
“Một người khổng lồ đỏ quay quanh một lỗ đen” của Kareem El-Badry và cộng sự, được xuất bản trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia (MNRAS) https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/521/3/4323/7093135.

“Hình ảnh trong tuần: Phát hiện lỗ đen đầu tiên của Gaia: Gaia BH1” của Tineke Roegiers.

Vào ngày 13 tháng 6 năm 2022, lần đầu tiên Gaia phát hành kết quả từ quá trình xử lý sao không đơn lẻ của nó. Các Khảo sát sao nhị phân Gaia vượt qua tất cả các nghiên cứu về sao đôi trong hai thế kỷ qua. Hai lỗ đen này đã được tìm thấy bằng cách điều tra hai trong số các giải pháp từ danh mục hơn 813 000 hệ thống sao đôi này. Gaia Data Release 4 dự kiến ​​sẽ tăng thêm độ chính xác của các giải pháp sao nhị phân, có thể tiết lộ nhiều ứng cử viên thú vị hơn để theo dõi.

Vui lòng liên lạc để biết thêm thông tin:
Quan hệ Truyền thông ESA
Email: media@Khoa học