Các nhà thiên văn học đã say mê với các cụm sao cầu kể từ khi chúng được quan sát lần đầu tiên vào thế kỷ 17. Những bộ sưu tập sao hình cầu này là một trong những hệ sao nổi tiếng lâu đời nhất trong Vũ trụ, có từ thời Vũ trụ sơ khai khi các thiên hà mới bắt đầu phát triển và phát triển. Các cụm như vậy quay quanh trung tâm của hầu hết các thiên hà, với hơn 150 được biết là thuộc về Dải Ngân hà.
Một trong những cụm này được gọi là NGC 3201, một cụm nằm cách xa khoảng 16.300 năm ánh sáng ở chòm sao Vela phía nam. Sử dụng Kính thiên văn rất lớn ESO (EST) tại Đài thiên văn Paranal ở Chile, một nhóm các nhà thiên văn học gần đây đã nghiên cứu cụm sao này và nhận thấy một điều rất thú vị. Theo nghiên cứu mà họ công bố, cụm sao này dường như có một lỗ đen được nhúng trong đó.
Nghiên cứu xuất hiện trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia dưới tiêu đề Một ứng cử viên lỗ đen khối sao tách rời trong cụm sao cầu NGC 3201. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Benjamin Giesers thuộc Đại học Georg-August-Đại học Gottingen và bao gồm các thành viên từ Đại học Liverpool John Moores, Đại học Queen Mary Luân Đôn, Đài thiên văn Leiden, Viện Khoa học Vật lý và Vũ trụ, ETH Zurich và Viện Leibniz cho Vật lý thiên văn Potsdam (AIP).
Vì mục đích nghiên cứu của họ, nhóm nghiên cứu đã dựa vào thiết bị thám hiểm quang phổ đa đơn vị (MUSE) trên VLT để quan sát NGC 3201. Công cụ này là duy nhất vì cách nó cho phép các nhà thiên văn học đo được chuyển động của hàng ngàn ngôi sao ở xa . Trong quá trình quan sát của họ, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một trong những ngôi sao cụm sao đang bay xung quanh với tốc độ vài trăm km một giờ và với thời gian là 167 ngày.
Như Giesers đã giải thích trong thông cáo báo chí ESO:
“Nó đang quay quanh một thứ hoàn toàn vô hình, có khối lượng gấp bốn lần Mặt trời - đây chỉ có thể là một lỗ đen! Người đầu tiên tìm thấy trong một cụm cầu bằng cách quan sát trực tiếp lực hấp dẫn của nó.”
Phát hiện này khá bất ngờ và là lần đầu tiên các nhà thiên văn học có thể phát hiện ra một lỗ đen không hoạt động ở trung tâm của cụm sao cầu - có nghĩa là hiện tại nó không phải là vật chất hoặc được bao quanh bởi một đĩa khí phát sáng. Họ cũng có thể ước tính khối lượng lỗ đen bằng cách đo chuyển động của ngôi sao xung quanh nó và do đó ngoại suy lực hấp dẫn khổng lồ của nó.
Từ các đặc tính quan sát được của nó, nhóm nghiên cứu đã xác định rằng ngôi sao đang chuyển động nhanh gấp khoảng 0,8 lần khối lượng Mặt trời của chúng ta và khối lượng của đối tác lỗ đen của nó gấp khoảng 4,36 lần khối lượng Mặt trời. Điều này đặt vào nó trong hạng mục lỗ đen khối lượng lớn sao, là những ngôi sao vượt quá mức cho phép khối lượng tối đa của một ngôi sao neutron, nhưng nhỏ hơn các lỗ đen siêu khối (SMBH) - tồn tại ở trung tâm của hầu hết các thiên hà.
Phát hiện này rất có ý nghĩa, và không chỉ bởi vì đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học quan sát thấy một lỗ đen khối lượng lớn trong một cụm sao. Ngoài ra, nó xác nhận những gì các nhà khoa học đã nghi ngờ trong vài năm nay, nhờ các nghiên cứu vô tuyến và tia X gần đây về các cụm cầu và phát hiện tín hiệu sóng trọng lực. Về cơ bản, nó chỉ ra rằng các lỗ đen phổ biến hơn trong các cụm sao cầu hơn so với suy nghĩ trước đây.
Cho đến gần đây, người ta cho rằng gần như tất cả các lỗ đen sẽ biến mất khỏi các cụm cầu sau một thời gian ngắn và các hệ thống như thế này thậm chí không tồn tại! Giesers nói. Tuy nhiên, rõ ràng đây không phải là trường hợp - phát hiện của chúng tôi là phát hiện trực tiếp đầu tiên về tác động hấp dẫn của lỗ đen khối sao trong cụm sao cầu. Phát hiện này giúp tìm hiểu sự hình thành các cụm cầu và sự phát triển của các lỗ đen và hệ nhị phân - quan trọng trong bối cảnh hiểu được các nguồn sóng hấp dẫn.
Phát hiện này cũng rất có ý nghĩa khi mối quan hệ giữa các lỗ đen và cụm sao cầu vẫn còn là một bí ẩn, nhưng rất quan trọng. Do khối lượng lớn, khối lượng nhỏ gọn và thời đại tuyệt vời, các nhà thiên văn học tin rằng các cụm đã tạo ra một số lượng lớn các lỗ đen khối sao trong suốt lịch sử Vũ trụ. Do đó, khám phá này có thể cho chúng ta biết nhiều về sự hình thành các cụm cầu, lỗ đen và nguồn gốc của các sự kiện sóng hấp dẫn.
Và hãy chắc chắn thưởng thức podcast ESO này giải thích khám phá gần đây:
