Trong gần nửa thế kỷ, các nhà khoa học đã đăng ký lý thuyết rằng khi một ngôi sao kết thúc vòng đời của nó, nó sẽ trải qua một sự sụp đổ lực hấp dẫn. Tại thời điểm này, giả sử có đủ khối lượng, sự sụp đổ này sẽ kích hoạt sự hình thành của một lỗ đen. Biết khi nào và làm thế nào một lỗ đen sẽ hình thành từ lâu đã là điều mà các nhà thiên văn học đã tìm kiếm.
Và tại sao không? Có thể chứng kiến sự hình thành của lỗ đen sẽ không chỉ là một sự kiện đáng kinh ngạc, nó còn dẫn đến một kho tàng khám phá khoa học. Và theo một nghiên cứu gần đây của một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Ohio ở Columbus, cuối cùng chúng ta có thể đã làm được điều đó.
Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Christopher Kochanek, Giáo sư Thiên văn học và Học giả danh tiếng tại bang Ohio. Sử dụng hình ảnh được chụp bởi Kính viễn vọng hai mắt lớn (LBT) và Kính viễn vọng Không gian Hubble (HST), ông và các đồng nghiệp đã thực hiện một loạt các quan sát về một ngôi sao siêu sáng màu đỏ có tên N6946-BH1.
Để phá vỡ quá trình hình thành của các lỗ đen, theo sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về chu kỳ sống của các ngôi sao, một lỗ đen hình thành sau khi một ngôi sao có khối lượng rất cao trải nghiệm một siêu tân tinh. Điều này bắt đầu khi ngôi sao đã cạn kiệt nguồn cung cấp nhiên liệu và sau đó bị mất khối lượng đột ngột, nơi lớp vỏ ngoài của ngôi sao bị bong ra, để lại một ngôi sao neutron còn sót lại.
Sau đó, sau đó là các electron tự gắn lại vào các ion hydro đã bị loại bỏ, điều này gây ra hiện tượng lóa sáng. Khi quá trình nung chảy hydro dừng lại, tàn dư của sao bắt đầu nguội dần và mờ dần; và cuối cùng phần còn lại của vật chất ngưng tụ để tạo thành một lỗ đen.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, một số nhà thiên văn học đã suy đoán rằng trong một số trường hợp, các ngôi sao sẽ trải qua một siêu tân tinh thất bại. Trong kịch bản này, một ngôi sao có khối lượng rất cao kết thúc vòng đời của nó bằng cách biến thành một lỗ đen mà không có sự bùng nổ năng lượng khổng lồ thông thường xảy ra trước đó.
Như nhóm nghiên cứu Ohio đã lưu ý trong nghiên cứu của họ - có tên là Tìm kiếm siêu tân tinh thất bại với Kính thiên văn hai mắt lớn: xác nhận một ngôi sao biến mất - đây có thể là điều đã xảy ra với N6946-BH1, một siêu sao đỏ có khối lượng gấp 25 lần khối lượng của chúng ta Mặt trời nằm cách Trái đất 20 triệu năm ánh sáng.
Sử dụng thông tin thu được với LBT, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng N6946-BH1 cho thấy một số thay đổi thú vị về độ sáng giữa năm 2009 và 2015 - khi hai quan sát tách biệt được thực hiện. Trong các hình ảnh năm 2009, N6946-BH1 xuất hiện như một ngôi sao sáng, bị cô lập. Điều này phù hợp với dữ liệu lưu trữ được thực hiện bởi HST vào năm 2007.
Tuy nhiên, dữ liệu thu được từ LBT năm 2015 cho thấy ngôi sao không còn rõ ràng trong bước sóng khả kiến, điều này cũng được xác nhận bởi dữ liệu của Hubble từ cùng năm. Dữ liệu LBT cũng cho thấy trong vài tháng trong năm 2009, ngôi sao này đã trải qua một đợt bùng phát ngắn nhưng dữ dội, nơi nó trở nên sáng hơn một triệu lần so với Mặt trời của chúng ta, và sau đó mờ dần đi.
Họ cũng đã tham khảo dữ liệu từ khảo sát của Palomar Transit Factory (PTF) để so sánh, cũng như các quan sát của Ron Arbor (một nhà thiên văn nghiệp dư và thợ săn siêu tân tinh người Anh). Trong cả hai trường hợp, các quan sát cho thấy bằng chứng về sự bùng phát trong một khoảng thời gian ngắn trong năm 2009 sau đó là sự mờ dần đều đặn.
Cuối cùng, thông tin này hoàn toàn phù hợp với mô hình lỗ đen siêu tân tinh thất bại. Như giáo sư Kochanek, tác giả chính của nhóm giấy - - nói với Tạp chí Không gian qua email:
Trong hình ảnh siêu tân tinh / lỗ đen thất bại của sự kiện này, thoáng qua được điều khiển bởi siêu tân tinh thất bại. Ngôi sao mà chúng ta nhìn thấy trước sự kiện là một siêu sao đỏ - vì vậy bạn có một lõi nhỏ gọn (kích thước ~ trái đất) ra khỏi vỏ đốt hydro, và sau đó là một phong bì lớn, phồng lên của hầu hết hydro có thể mở rộng ra theo quy mô của Sao Mộc quỹ đạo. Phong bì này rất yếu ràng buộc với ngôi sao. Khi lõi của ngôi sao sụp đổ, khối lượng hấp dẫn giảm một phần mười khối lượng mặt trời vì năng lượng được neutrino mang đi. Sự giảm trọng lực của ngôi sao này đủ để gửi một sóng xung kích yếu qua lớp vỏ căng phồng khiến nó trôi đi. Điều này tạo ra độ sáng thấp, mát mẻ (so với siêu tân tinh, gấp khoảng một triệu lần độ sáng của mặt trời) kéo dài khoảng một năm và được cung cấp năng lượng từ sự tái hợp. Tất cả các nguyên tử trong vỏ bọc phồng đều bị ion hóa - các electron không liên kết với các nguyên tử - khi lớp vỏ bị đẩy ra và làm nguội, các electron đều liên kết lại với các nguyên tử, giải phóng năng lượng để cung cấp năng lượng tạm thời. Những gì chúng ta thấy trong dữ liệu phù hợp với hình ảnh này.
Đương nhiên, nhóm nghiên cứu đã xem xét tất cả các khả năng có thể để giải thích về sự biến mất đột ngột của ngôi sao. Điều này bao gồm khả năng ngôi sao bị che phủ quá nhiều bụi đến nỗi ánh sáng quang học / UV của nó bị hấp thụ và phát lại. Nhưng như họ đã tìm thấy, điều này không phù hợp với những quan sát của họ.
Ý chính là không có mô hình nào sử dụng bụi để che giấu ngôi sao thực sự hoạt động, vì vậy dường như bất cứ điều gì ở đó bây giờ đều phải kém sáng hơn ngôi sao tồn tại trước đó. Kochanek giải thích. Trong bối cảnh mô hình siêu tân tinh thất bại, ánh sáng còn lại phù hợp với sự phân rã thời gian phát xạ muộn từ vật liệu tích tụ vào lỗ đen mới hình thành.
Đương nhiên, sẽ cần quan sát thêm trước khi chúng ta có thể biết liệu đây có phải là trường hợp hay không. Điều này rất có thể sẽ liên quan đến các nhiệm vụ tia hồng ngoại và tia X, như Kính thiên văn vũ trụ Spitzer và Đài quan sát tia X Chandra, hoặc một trong nhiều kính viễn vọng không gian thế hệ tiếp theo sẽ được triển khai trong những năm tới.
Ngoài ra, Kochanek và các đồng nghiệp hy vọng sẽ tiếp tục theo dõi lỗ đen có thể bằng cách sử dụng LBT và bằng cách truy cập lại đối tượng với HST trong khoảng một năm kể từ bây giờ. Nếu đó là sự thật, chúng ta nên tiếp tục thấy vật thể biến mất theo thời gian, anh nói.
Không cần phải nói, nếu đúng, khám phá này sẽ là một sự kiện chưa từng có trong lịch sử thiên văn học. Và tin tức chắc chắn đã thu hút được sự chia sẻ của nó từ cộng đồng khoa học. Như Avi Loeb - giáo sư thiên văn học tại Đại học Harvard - bày tỏ với Tạp chí Vũ trụ qua email:
Thông báo về việc phát hiện tiềm năng của một ngôi sao sụp đổ để tạo ra lỗ đen rất thú vị. Nếu đúng, nó sẽ là góc nhìn trực tiếp đầu tiên của phòng giao hàng của một lỗ đen. Hình ảnh có phần lộn xộn (giống như bất kỳ phòng sinh nào), với sự không chắc chắn về các tài sản của em bé được giao. Cách để xác nhận rằng một lỗ đen được sinh ra là phát hiện tia X.
Chúng tôi biết rằng các hố đen có khối lượng lớn tồn tại, gần đây nhất là nhờ sự phát hiện ra sóng hấp dẫn từ sự kết hợp của chúng bởi nhóm LIGO. Gần tám mươi năm trước Robert Oppenheimer và các cộng tác viên dự đoán rằng những ngôi sao khổng lồ có thể sụp đổ thành hố đen. Bây giờ chúng ta có thể có bằng chứng trực tiếp đầu tiên rằng quá trình thực sự xảy ra trong tự nhiên.
Nhưng tất nhiên, chúng ta phải tự nhắc nhở rằng với khoảng cách của nó, những gì chúng ta có thể chứng kiến với N6946-BH1 đã xảy ra cách đây 20 triệu năm. Vì vậy, từ quan điểm của lỗ đen tiềm năng này, sự hình thành của nó là tin tức cũ. Nhưng với chúng tôi, nó có thể là một trong những quan sát đột phá nhất trong lịch sử thiên văn học.
Giống như không gian và thời gian, tầm quan trọng liên quan đến người quan sát!
