Hubble tìm thấy lỗ đen khối lượng sao đầu tiên trong Omega Centauri: Gặp gỡ oMEGACat BH-2

Khối lượng được xác định chính xác do hệ sao đôi được quan sát thấy ở điểm cận nhật—điểm gần nhất trong quỹ đạo hình elip của nó—mặc dù chỉ mới quan sát được một phần quỹ đạo .

Cách Phát Hiện: 23 Năm Trắc Lượng Sao (Astrometry) Miệt Mài

Các cuộc tìm kiếm lỗ đen trước đây trong Omega Centauri chủ yếu dựa vào các phép đo vận tốc xuyên tâm hoặc phát xạ tia X và sóng vô tuyến, nhưng không thành công. Bước đột phá đến từ một kỹ thuật khác: trắc lượng sao (astrometry), tức là phép đo chính xác vị trí và chuyển động cực nhỏ của các ngôi sao trên bầu trời qua thời gian .

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu lưu trữ của Hubble từ dự án oMEGACat kéo dài hơn 20 năm, kết hợp với các quan sát mới từ JWST để tinh chỉnh các phép đo. Khoảng thời gian 23 năm này rất quan trọng vì chu kỳ quỹ đạo lên tới cả thế kỷ; khoảng thời gian dài cho phép nhóm nghiên cứu quan sát được hệ thống khi nó ở gần điểm cận nhật, nơi tín hiệu quỹ đạo mạnh nhất .

Bằng cách theo dõi sự dao động quỹ đạo của ngôi sao có thể nhìn thấy, họ đã phát hiện ra sự hiện diện của một vật thể đồng hành khổng lồ vô hình—một lỗ đen. Điều này khiến oMEGACat BH-2 trở thành lỗ đen đầu tiên trong bất kỳ cụm sao cầu nào được phát hiện thông qua phương pháp trắc lượng sao .

Tại Sao Phát Hiện Này Quan Trọng

Omega Centauri chứa khoảng 10 triệu ngôi sao. Các mô hình động lực học dự đoán nó có thể chứa khoảng 10.000 lỗ đen khối lượng sao—tàn tích của những ngôi sao lớn nhất đã phát nổ dưới dạng siêu tân tinh. Tuy nhiên, trong nhiều thập kỷ, các cuộc tìm kiếm bằng vận tốc xuyên tâm, sóng vô tuyến và tia X đều không phát hiện được gì, tạo ra một sự khác biệt khó hiểu giữa lý thuyết và quan sát .

oMEGACat BH-2 cuối cùng đã phá vỡ sự bế tắc đó. Nó là lỗ đen khối lượng sao đầu tiên được xác nhận trong Omega Centauri, cung cấp bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho thấy quần thể như vậy tồn tại .

Tuy nhiên, khối lượng của nó—chỉ khoảng 4,5 lần khối lượng Mặt Trời—lại là một điều bất ngờ. Các mô hình tiến hóa sao đối với một cụm kim loại thấp như Omega Centauri dự đoán khối lượng lỗ đen điển hình là 20–40 lần khối lượng Mặt Trời. Sự khác biệt lớn này đặt ra những câu hỏi mới về sự hình thành và lưu giữ lỗ đen trong các cụm sao dày đặc .

Điều Này Có Ý Nghĩa Gì Đối Với Cuộc Tranh Luận Về Lỗ Đen Khối Lượng Trung Bình

Trong nhiều năm, các nhà thiên văn đã tranh luận về những gì ẩn náu ở trung tâm của Omega Centauri. Liệu đó là một lỗ đen khối lượng trung bình (IMBH) duy nhất—một vật thể được tìm kiếm từ lâu