Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu mới cho thấy rằng việc tìm kiếm các lỗ đen của các nhà thiên văn học có thể đã thiếu cả một lớp lỗ đen mà họ không biết là đã tồn tại. Các nhà thiên văn học đưa ra một cách mới để tìm kiếm các lỗ đen và cho thấy có thể có một loại lỗ đen nhỏ hơn các lỗ đen nhỏ nhất được biết đến trong vũ trụ.
Lỗ đen là một phần quan trọng trong cách các nhà vật lý thiên văn cảm nhận vũ trụ – quan trọng đến mức các nhà khoa học đã cố gắng xây dựng một cuộc điều tra dân số về tất cả các lỗ đen trong thiên hà Milky Way.
Nhưng nghiên cứu mới cho thấy rằng tìm kiếm của họ có thể đã thiếu cả một lớp lỗ đen mà họ không biết là đã tồn tại.
Trong một nghiên cứu được công bố hôm nay trên tạp chí Science , các nhà thiên văn học đưa ra một cách mới để tìm kiếm các lỗ đen và cho thấy có thể có một lớp lỗ đen nhỏ hơn lỗ đen nhỏ nhất được biết đến trong vũ trụ.
“Chúng tôi đang đưa ra gợi ý này rằng có một dân số khác ở ngoài đó mà chúng tôi chưa thực sự thăm dò trong việc tìm kiếm các lỗ đen”, ông Todd Thompson, giáo sư thiên văn học tại Đại học bang Ohio và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết.
Mọi người đang cố gắng tìm hiểu vụ nổ siêu tân tinh, cách các ngôi sao đen siêu lớn phát nổ, cách các nguyên tố được hình thành trong các ngôi sao siêu lớn. Vì vậy, nếu chúng ta có thể tiết lộ một quần thể lỗ đen mới, nó sẽ cho chúng ta biết thêm về những ngôi sao nào phát nổ, hình thành các lỗ đen và hình thành các sao neutron. Nó mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới.
Hãy tưởng tượng một cuộc điều tra dân số về một thành phố chỉ đếm người 5’9 “và cao hơn – và tưởng tượng rằng những người tham gia điều tra dân số thậm chí không biết rằng những người ngắn hơn 5’9” đã tồn tại. Dữ liệu từ điều tra dân số đó sẽ không đầy đủ, do đó cung cấp một bức tranh không chính xác về dân số. Đó thực chất là những gì đã xảy ra trong quá trình tìm kiếm các lỗ đen.
Các nhà thiên văn học từ lâu đã tìm kiếm các lỗ đen có lực hấp dẫn rất khốc liệt đến nỗi không gì – không quan trọng, không bức xạ – có thể thoát ra. Lỗ đen hình thành khi một số ngôi sao chết, co lại và phát nổ. Các nhà thiên văn học cũng đang tìm kiếm các ngôi sao neutron – những ngôi sao nhỏ, dày đặc hình thành khi một số ngôi sao chết và sụp đổ.
Cả hai có thể nắm giữ thông tin thú vị về các yếu tố trên Trái đất và về cách các ngôi sao sống và chết. Nhưng để khám phá thông tin đó, các nhà thiên văn học trước tiên phải tìm ra vị trí của các lỗ đen. Và để tìm ra vị trí của các lỗ đen, họ cần biết những gì họ đang tìm kiếm.
Một manh mối: Lỗ đen thường tồn tại trong một thứ gọi là hệ nhị phân. Điều này đơn giản có nghĩa là hai ngôi sao đủ gần nhau để bị khóa bởi trọng lực trong một quỹ đạo tương hỗ xung quanh nhau. Khi một trong những ngôi sao đó chết đi, ngôi sao kia vẫn có thể tồn tại, vẫn quay quanh không gian nơi ngôi sao chết – giờ là một lỗ đen hoặc sao neutron – từng sống và nơi một lỗ đen hoặc sao neutron đã hình thành.
Trong nhiều năm, các lỗ đen mà các nhà khoa học biết là tất cả từ khoảng năm đến 15 lần khối lượng mặt trời. Các sao neutron đã biết nhìn chung không lớn hơn khoảng 2,1 lần khối lượng mặt trời – nếu chúng cao hơn 2,5 lần khối lượng mặt trời, chúng sẽ sụp đổ thành một lỗ đen.
Nhưng vào mùa hè năm 2017, một cuộc khảo sát có tên LIGO – Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser đã thấy hai lỗ đen hợp nhất với nhau trong một thiên hà cách đó khoảng 1,8 triệu năm ánh sáng. Một trong những lỗ đen đó gấp khoảng 31 lần khối lượng mặt trời; khác khoảng 25 lần khối lượng mặt trời.
Ngay lập tức, tất cả mọi người giống như ‘wow,’ bởi vì đó là một điều ngoạn mục. Không chỉ bởi vì nó chứng minh rằng LIGO hoạt động mà bởi vì số lượng rất lớn. Các lỗ đen có kích thước lớn là một vấn đề lớn, điều mà các nhà thiên văn học đã không nhìn thấy chúng trước đây.
Thompson và các nhà vật lý thiên văn khác từ lâu đã nghi ngờ rằng các lỗ đen có thể có kích thước ngoài phạm vi đã biết và khám phá của LIGO đã chứng minh rằng các lỗ đen có thể lớn hơn. Nhưng vẫn còn một cửa sổ kích thước giữa các ngôi sao neutron lớn nhất và các lỗ đen nhỏ nhất.
Thompson quyết định xem liệu anh ta có thể giải quyết được bí ẩn đó không.
Ông và các nhà khoa học khác bắt đầu tìm hiểu thông qua dữ liệu từ APOGEE, Thí nghiệm tiến hóa thiên hà quan sát điểm Apache, thu thập quang phổ ánh sáng từ khoảng 100.000 ngôi sao trên dải Ngân hà. Khi quan sát các quang phổ, Thompson nhận ra có thể cho thấy một ngôi sao có thể quay quanh một vật thể khác hay không: Thay đổi quang phổ – ví dụ, sự dịch chuyển sang bước sóng xanh hơn, sau đó là sự dịch chuyển sang bước sóng đỏ hơn – có thể cho thấy một ngôi sao đang quay quanh một vật thể không nhìn thấy đồng hành.
Thompson bắt đầu lướt qua dữ liệu, tìm kiếm những ngôi sao cho thấy sự thay đổi đó cho thấy chúng có thể đang quay quanh một lỗ đen.
Sau đó, ông thu hẹp dữ liệu APOGEE xuống còn 200 sao có thể thú vị nhất. Ông đã đưa dữ liệu cho một cộng tác viên nghiên cứu sau đại học tại bang Ohio, Tharindu Jayasinghe, người đã biên soạn hàng ngàn hình ảnh của mỗi hệ thống nhị phân tiềm năng từ ASAS-SN, Khảo sát tự động toàn bộ bầu trời cho Supernovae. (ASAS-SN đã tìm thấy khoảng 1.000 siêu tân tinh và đã hết bang Ohio.)
Dữ liệu của họ bị “vỡ vụn” đã tìm thấy một ngôi sao đỏ khổng lồ dường như đang quay quanh một thứ gì đó, nhưng thứ gì đó dựa trên tính toán của họ có thể nhỏ hơn nhiều so với các lỗ đen đã biết trong Dải Ngân hà. Tuy vậy nó vẫn lớn hơn hầu hết các sao neutron đã biết.
Sau nhiều tính toán và dữ liệu bổ sung từ Máy quang phổ phản xạ Tillinghast và vệ tinh Gaia, họ nhận ra rằng họ đã tìm thấy một lỗ đen có khối lượng thấp, có khả năng gấp khoảng 3,3 lần khối lượng mặt trời.
Những gì các nhà khoa học đã làm ở đây là đưa ra một cách mới để tìm kiếm các lỗ đen nhưng họ cũng có khả năng xác định được một trong những lỗ đen khối lượng thấp mới mà các nhà thiên văn học đã biết trước đây. Khối lượng của sự vật cho chúng ta biết về sự hình thành và tiến hóa của chúng và chúng cho chúng ta biết về bản chất của chúng.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học bang Ohio . Bản gốc được viết bởi Laura Arenschield. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :