Phát hiện hố đen ở gần Trái Đất nhất từ trước đến nay đang 'ngủ đông' ở 'sân sau vũ trụ'

Các nhà thiên văn học vừa tìm thấy một hố đen có khoảng cách được đánh giá là gần Trái Đất nhất từ trước đến nay. Khoảng cách của hố đen này chỉ bằng khoảng 1/2 khoảng cách của hố đen được xem là gần nhất trước đó.

Hố đen vừa được phát hiện này được đặt tên là Gaia BH1, nằm cách Trái Đất 1.566 năm ánh sáng, nằm tại chòm sao Ophiuchus (còn gọi là chòm sao Xà Phu). Xét về mặt khối lượng, hố đen này nặng gấp khoảng 10 lần Mặt Trời. Khoảng cách của hố đen này đủ gần để các nhà khoa học mô tả là "nằm ngay trong sân sau vũ trụ của chúng ta".

Chấm xanh trong hình là vị trí của hố đen Gaia BH1. Nguồn ảnh: PanSTARRS/El-Badry et al.

Thực ra, hố đen Gaia BH1 không phải là một vật thể không gian cô đơn mà nó là một phần của một hệ nhị nguyên. Hố đen này vẫn quay xung quanh một ngôi sao có vai trò giống như Mặt Trời, có khoảng cách cũng tương đồng với khoảng cách của Trái Đất - Mặt Trời.

Hệ của hố đen Gaia BH1 này là kiểu đầu tiên từng được phát hiện trong Dải Ngân Hà.

Thật vậy, chủ nhiệm của nghiên cứu này, nhà khoa học Kareem El-Badry cho biết: "Trước đây đã từng có nhiều lời khẳng định đã tìm thấy một hệ nhị nguyên như vậy, nhưng gần như tất cả đều đã được chứng minh là không chính xác".

Các nhà khoa học đến hiện tại vẫn không hiểu bằng cách nào mà hệ nhị nguyên này - ngôi sao quay xung quanh một hố đen - lại có thể hình thành ngay tại Dải Ngân Hà. Các nhà khoa học cũng nhấn mạnh rằng việc phát hiện ra Gaia BH1 là manh mối cho thấy rằng có thể sẽ có nhiều hố đen khác trong các hệ nhị nguyên tương tự.

Các nhà thiên văn học ước tính có khoảng 100 triệu hố đen ở ngay trong Dải Ngân Hà, nhưng mới chỉ phát hiện được một số ít.

Ảnh minh họa hố đen: Space

Hố đen được hình thành từ những ngôi sao lớn, có khối lượng gấp từ 5 đến 10 lần Mặt Trời. Ngôi sao này là một chùm nguyên tử hydro. Tại lõi, ngôi sao sẽ tổng hợp được heli từ hydro qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Quá trình tổng hợp chất này sinh ra rất nhiều năng lượng.

Qua thời gian, ngôi sao khổng lồ này sẽ dần có đủ nhiệt độ và áp suất để tạo ra những chất có khối lượng ngày một nặng hơn, như silicon, magiê. Tuy nhiên, khi ngôi sao đó tổng hợp đến sắt thì đó chính là giai đoạn cuối của ngôi sao. Việc hình thành sắt tiêu tốn nhiều năng lượng hơn mức mà ngôi sao có thể sinh ra, và dần, chính ngôi sao đó cũng không thể gánh được lực hấp dẫn quá lớn do chính khối lượng của nó tạo ra. Ngôi sao đó sẽ nổ tung ra bên ngoài, rồi bị hút ngược trở lại về lõi.

Những gì chúng ta quan sát thấy ở hố đen được gọi là chân trời sự kiện. Để thoát ra khỏi chân trời sự kiện thì vật thể cần di chuyển ở vận tốc nhanh hơn tốc độ ánh sáng, nhưng di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng là một điều bất khả thi. Do vậy, có thể nói rằng mọi thứ đi qua hố đen đều bị hút vào.

Thực ra, hố đen không "hút" vật thể giống cách mà máy hút bụi của chúng ta làm việc; cách hố đen hút được có liên quan đến lực hấp dẫn, và nó sẽ chỉ có thể lôi kéo được những vật thể ở trong một khoảng cách nhất định. Sau khi hút hết các vật chất ở trong khoảng cách đó và trải qua một thời gian rất dài, hố đen sẽ trở nên bất hoạt, hay còn gọi là rơi vào trạng thái ngủ đông. Trạng thái này rất hiếm thấy, nhưng Gaia BH1 là một hố đen đang ngủ đông.

Ảnh minh họa Gaia BH1. Nguồn: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine / M. Zamani.

Rất nhiều hố đen mà con người từng tìm thấy đều là hố đen đang hoạt động, liên tục nuốt vào các ngôi sao và vật chất xung quanh. Xung quanh hố đen là một vòng tròn của đĩa bồi tụ với nhiệt độ cực lớn và chính vòng tròn này khiến hố đen dễ bị phát hiện bằng tia X. Tuy nhiên, với những hố đen bất hoạt như Gaia BH1 thì khó bị phát hiện hơn vì chúng phát tia X ở mức thấp hơn nhiều.

Vào năm 1976, nhà vật lý thiên tài Stephan Hawkin đưa ra một giả thuyết rằng hố đen sau trạng thái ngủ đông sẽ bốc hơi và hoàn toàn biến mất. Tuy nhiên, việc thời gian để một hố đen hoàn toàn mất dạng diễn ra vô cùng lâu, ước tính khoảng 10100 năm.