Phát hiện hố đen quay nhanh nhất

Sáu thập kỷ sau khi được phát hiện, hố đen đầu tiên vẫn khiến các nhà thiên văn học bối rối. Trên thực tế, quái vật vũ trụ nằm ở trung tâm hệ thống Cygnus X-1 có khối lượng lớn hơn 50% so với suy đoán trước đây, biến nó thành hố đen khối lượng sao nặng nhất từng được quan sát trực tiếp. Dựa trên các quan sát mới, một nhóm nghiên cứu quốc tế ước tính hố đen Cygnus X-1 lớn gấp 21 lần khối lượng Mặt Trời và quay nhanh hơn bất kỳ hố đen nào đã biết. Khối lượng sau khi tính toán khiến các nhà khoa học phải suy nghĩ lại về quá trình tiến hóa từ sao sáng thành hố đen và tốc độ mất đi vỏ ngoài của chúng trước khi chết.

Khối lượng của hố đen phụ thuộc vào đặc điểm của ngôi sao mẹ như khối lượng sao và tính kim loại của nó. Trong thời gian tồn tại của ngôi sao, nó mất dần vỏ ngoài dưới ảnh hưởng từ gió sao. Những ngôi sao lớn giàu kim loại nặng mất khối lượng nhanh hơn ngôi sao nhỏ có ít kim loại.

"Các ngôi sao phân tán dần khối lượng vào môi trường xung quanh khi gió sao thổi qua bề mặt của chúng. Nhưng để làm một hố đen nặng như thế này quay nhanh như vậy, chúng ta cần xem xét lại khối lượng những ngôi sao sáng mất đi trong suốt vòng đời", đồng tác giả nghiên cứu Ilya Mandel, nhà vật lý thiên văn đến từ Đại học Monash Australia, cho biết.

Trong nghiên cứu mới, Mandel và cộng sự ước tính khối lượng của Cygnus X-1 bằng phương pháp thử và lỗi chuyên dùng để đo khoảng cách của ngôi sao với Trái Đất, gọi là parallax. Khi Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời, các nhà thiên văn học đo chuyển động tương đối của ngôi sao trên nền những ngôi sao ở xa hơn. Sử dụng lượng giác học, họ có thể ứng dụng chuyển động đó để tính toán khoảng cách của ngôi sao với Trái Đất.

Ngoài ra, hố đen Cygnus X-1 đang chậm rãi tiêu hóa ngôi sao đồng hành màu xanh dương cực sáng bằng cách hút lớp vỏ ngoài của nó, hình thành đĩa bồi tụ ở xung quanh. Khi rơi vào hố đen, vật chất bị làm nóng tới hàng triệu độ C và phát ra bức xạ tia X. Một phần vật chất thoát khỏi hố đen và bắn ra dưới dạng những luồng tia cực mạnh phát sóng vô tuyến có thể phát hiện trên Trái Đất. Nhóm nghiên cứu theo dõi chính luồng tia đặc trưng này từ Very Long Baseline Array (VLBA), mạng lưới 10 kính viễn vọng vô tuyến trải rộng khắp nước Mỹ, từ Hawaii tới quần đảo Virgin. Trong thời gian 6 ngày, họ quan sát quỹ đạo đầy đủ của hố đen xung quanh ngôi sao đồng hành và xác định hố đen dịch chuyển nhiều tới mức nào trong không gian.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy Cygnus X-1 ở cách Trái Đất khoảng 7.200 năm ánh sáng, vượt xa ước tính trước đây là 6.000 năm ánh sáng. Khoảng cách cập nhật cũng chỉ ra ngôi sao siêu khổng lồ màu xanh đồng hành với nó sáng và lớn hơn, có khối lượng lớn gấp 40 lần Mặt Trời. Với quỹ đạo hố đen, họ có thể đưa ra ước tính mới về khối lượng của nó.

"Sử dụng kết quả đo cập nhật về khối lượng và khoảng cách giữa hố đen và Trái Đất, chúng tôi có thể xác nhận Cygnus X-1 quay cực kỳ nhanh, gần bằng vận tốc ánh sáng và nhanh hơn bất kỳ hố đen nào đã biết từ trước tới nay", đồng tác giả nghiên cứu Lijun Gou ở Đài quan sát thiên văn quốc gia thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cho biết. Nhóm nghiên cứu công bố chi tiết phát hiện hôm 18/2 trên tạp chí Science.

An Khang (Theo Live Science)