Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã đạt được một phát hiện quan trọng khi ghi nhận những hố đen đầu tiên đang ‘ngốn’ các ngôi sao trong các thiên hà bị bụi vũ trụ che khuất. Thông tin này được công bố trong một nghiên cứu trên tạp chí Astrophysical Journal Letters vào ngày 1/8.

Sử dụng khả năng quan sát hồng ngoại vượt trội của mình, JWST đã có thể nhìn xuyên qua lớp bụi dày đặc để phát hiện ra các sự kiện hiếm gọi là TDE (tidal disruption event), xảy ra khi một ngôi sao bị kéo vào quá gần một hố đen và bị kéo giãn thành đĩa khí nóng trước khi bị nuốt chửng.

Thông thường, TDE được phát hiện thông qua bức xạ tia X, cực tím hoặc ánh sáng khả kiến phát ra từ khí sao bị nung nóng. Tuy nhiên, trong môi trường đầy bụi, các tín hiệu này gần như bị chặn hoàn toàn. Nhưng JWST đã tận dụng được khả năng phát ra ánh sáng hồng ngoại của bụi vũ trụ sau khi hấp thụ năng lượng, cho phép kính viễn vọng này phát hiện ra các tín hiệu đặc trưng.

Tiến sĩ Megan Masterson, nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), cho biết JWST gần như là cách duy nhất để nghiên cứu các hố đen đang ăn sao nhưng bị bụi che kín.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng JWST để tập trung vào 4 trường hợp tiềm năng và phát hiện ra các nguyên tử bị ion hóa mạnh – một dấu hiệu rõ ràng cho thấy có bức xạ năng lượng cao từ hố đen đang hoạt động. Đồng thời, dấu vết của bụi silicat cũng cho thấy các sự kiện này nhiều khả năng liên quan đến các hố đen ‘ngủ yên’ vừa tỉnh dậy để ‘ăn nhẹ’ một ngôi sao.

Mô phỏng máy tính sau đó đã xác nhận các quan sát của JWST hoàn toàn phù hợp với kịch bản TDE.

Phát hiện này không chỉ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các hố đen hoạt động trong môi trường nhiều bụi – vốn chiếm phần lớn vũ trụ, mà còn mở ra một phương pháp mới để ‘nhìn thấy’ những hố đen từ trước đến nay gần như vô hình.

Một nghiên cứu gần đây từ Viện Công nghệ California (Mỹ) đã phát hiện ra vai trò quan trọng của một ngôi sao thứ ba trong việc hình thành các vụ nổ siêu tân tinh. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu để xác định 50 hệ ba sao chứa sao biến quang.

Trong các hệ này, hai ngôi sao gần nhau tạo thành cặp chính, trong khi ngôi sao thứ ba quay ở khoảng cách xa hơn nhiều. Kết quả từ 2.000 mô phỏng máy tính cho thấy, trong khoảng 20% trường hợp, chính lực hấp dẫn từ ngôi sao thứ ba đã làm biến đổi quỹ đạo của cặp sao đôi, khiến chúng xích lại gần nhau mà không cần trải qua giai đoạn lớp vỏ khí chung như giả thuyết truyền thống.

Trước đây, các nhà thiên văn học tin rằng phần lớn các sao biến quang hình thành thông qua quá trình tiến hóa lớp vỏ chung. Theo đó, một ngôi sao phình to thành sao khổng lồ đỏ và bao phủ ngôi sao đồng hành. Khi hai ngôi sao tương tác, lớp vỏ này bị đẩy ra, để lại một sao lùn trắng quay quanh một sao đồng hành ở khoảng cách đủ gần để bắt đầu quá trình hút vật chất.

Tuy nhiên, phát hiện mới cho thấy mô hình này không phải là con đường duy nhất. Trong các mô phỏng của nhóm nghiên cứu, có đến 60% trường hợp lớp vỏ khí chung vẫn hình thành nhưng được kích hoạt bởi sự tác động của ngôi sao thứ ba. Chỉ khoảng 20% trường hợp còn lại là lớp vỏ khí hình thành theo cách truyền thống, không có sự góp mặt của ngôi sao thứ ba.

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu dự đoán có thể có tới 40% các biến thiên thảm khốc ngoài thực tế được hình thành từ hệ ba sao. Con số này cao hơn nhiều so với những gì dữ liệu quan sát từ Gaia từng ghi nhận. Lý do có thể đến từ việc nhiều ngôi sao thứ ba nằm quá xa hoặc có ánh sáng quá yếu để được phát hiện, thậm chí đã bị bật khỏi hệ do tác động hấp dẫn mạnh mẽ.

Dữ liệu cũng cho thấy, các hệ ba sao có quỹ đạo ngôi sao thứ ba lớn hơn 100 đơn vị thiên văn (100 lần khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời) có xu hướng dễ hình thành các biến quang hơn. Nhà nghiên cứu Kareem El-Badry chia sẻ: ‘Trong suốt 50 năm qua, giới thiên văn học đã sử dụng mô hình vỏ khí chung để giải thích sự hình thành sao biến quang. Nhưng giờ đây, chúng tôi phát hiện rằng rất nhiều hệ thống như vậy thực chất là sản phẩm của các tương tác ba sao’.

Phát hiện này mở ra một hướng nghiên cứu mới, thách thức những giả định lâu đời về sự tiến hóa của các hệ sao trong vũ trụ.

Một nghiên cứu mới công bố đã ghi nhận vụ va chạm giữa hai hố đen với quy mô lớn nhất từ trước đến nay, được gọi là GW231123. Sự kiện này là vụ hợp nhất hố đen lớn nhất từng được ghi nhận, với mỗi hố đen có khối lượng gấp hàng trăm lần khối lượng Mặt Trời. Vụ va chạm được phát hiện bởi nhóm các nhà thiên văn học khi sử dụng Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO). Những gợn sóng mờ nhạt trong không – thời gian sinh ra từ vụ va chạm giữa hai hố đen đã được quan sát thấy. Các nhà vật lý gọi những gợn sóng này là sóng hấp dẫn.

Sóng hấp dẫn đã được dự đoán bởi Albert Einstein vào năm1915 trong thuyết tương đối rộng, nhưng ông cho rằng chúng quá yếu nên các công nghệ của con người chưa thể phát hiện. Tuy nhiên, đến năm2016, LIGO lần đầu tiên ghi nhận được chúng trong một vụ va chạm giữa hai hố đen. Kể từ lần phát hiện đầu tiên, LIGO cùng các thiết bị đồng hành, gồm Virgo ở Ý và KAGRA ở Nhật Bản, đã ghi nhận khoảng300 vụ hợp nhất hố đen.

GW231123 là trường hợp đặc biệt trong số hơn300 vụ hợp nhất đã được ghi nhận, không chỉ vì quy mô khổng lồ của vụ va chạm. Các hố đen riêng lẻ này đặc biệt bởi chúng có khối lượng nằm trong khoảng mà các nhà khoa học không nghĩ rằng chúng được tạo ra từ cái chết của các ngôi sao. Chưa dừng lại ở đó, hai hố đen này còn có khả năng quay gần như với tốc độ tối đa cho phép về mặt vật lý.

GW231123 đặt ra một thách thức lớn đối với hiểu biết hiện tại của chúng ta về quá trình hình thành hố đen. Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, lực hấp dẫn là sự uốn cong của không – thời gian, buộc các vật thể phải di chuyển theo những đường cong trong không gian. Tuy nhiên, theo chuyên gia Mark Hannam, những sóng hấp dẫn này lại vô cùng yếu và các nhà khoa học đang gặp hạn chế về những thông tin chúng có thể cung cấp.

Hiện vẫn chưa xác định được chính xác khoảng cách của GW231123 so với Trái Đất, nó có thể cách chúng ta tới12 tỷ năm ánh sáng. Tuy vậy, nhà khoa học Hannam cho biết nhóm nghiên cứu tự tin về khối lượng của hai hố đen, được ước tính lần lượt là gấp khoảng100 và140 lần khối lượng Mặt Trời. Những con số này đã khiến giới khoa học bối rối.

Có những cơ chế tiêu chuẩn hình thành hố đen, đó là khi một ngôi sao cạn nhiên liệu, chết và sụp xuống. Nhưng có một khoảng khối lượng mà các nhà khoa học cho rằng không thể hình thành hố đen theo cách đó và các hố đen trong GW231123 lại nằm chính giữa khoảng khối lượng đó. Do đó, câu hỏi đặt ra là chúng được hình thành bằng cách nào? Điều đó khiến chúng trở nên vô cùng thú vị.

Một đặc điểm đáng chú ý khác của GW231123 là tốc độ quay quanh nhau cực kỳ nhanh của hai hố đen. Cho đến nay, phần lớn các hố đen mà chúng tôi phát hiện thông qua sóng hấp dẫn đều quay tương đối chậm. Điều này cho thấy GW231123 có thể được hình thành theo một cơ chế khác so với các vụ hợp nhất từng quan sát trước đó, hoặc cũng có thể là dấu hiệu cho thấy các mô hình hiện tại của chúng ta cần được điều chỉnh.

Giáo sư Mark Hannam cho biết tốc độ quay nhanh như vậy rất khó hình thành trong điều kiện thông thường nhưng lại củng cố giả thuyết rằng hai hố đen trong sự kiện này có thể đã trải qua những vụ hợp nhất trước đó vì hố đen từng hợp nhất thường có xu hướng quay nhanh hơn.

Các nhà khoa học đã xác nhận sự tồn tại của một hành tinh có thể sở hữu điều kiện lý tưởng để duy trì sự sống, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong ngành thiên văn học. Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Nghiên cứu hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời Trottier (Canada), phối hợp với NASA, vừa công bố phát hiện hành tinh L98–59 f – một ‘siêu Trái Đất’ quay quanh sao lùn đỏ L98–59.

Hành tinh này nằm trong ‘vùng có thể ở được’ – khu vực mà nước lỏng có khả năng tồn tại trên bề mặt hành tinh, điều kiện tiên quyết cho sự sống như trên Trái Đất. Khoảng cách từ L98–59 f đến Trái Đất chỉ khoảng 35 năm ánh sáng, làm cho nó trở thành một trong những hành tinh quan trọng được phát hiện gần đây.

Ông Charles Cadieux, tác giả chính của nghiên cứu, nhận định rằng việc tìm ra một hành tinh ôn hòa trong một hệ sao nhỏ gọn là một bước tiến quan trọng. Nó minh chứng cho sự đa dạng phong phú của các hệ hành tinh bên ngoài Hệ Mặt Trời, đồng thời khẳng định tầm quan trọng của việc nghiên cứu những hành tinh quay quanh các sao lùn đỏ – loại sao phổ biến nhất trong vũ trụ.

Hệ sao L98–59 được phát hiện lần đầu vào năm 2019 với bốn hành tinh đã biết. Nhờ kết hợp thêm dữ liệu từ các đài quan sát dưới mặt đất và các phép đo chính xác hơn, các nhà khoa học giờ đây đã bổ sung hành tinh thứ năm – L98–59 f vào danh sách.

L98–59 f được phát hiện nhờ theo dõi những dao động rất nhỏ trong chuyển động của ngôi sao. Phương pháp này đòi hỏi công nghệ đo đạc cực kỳ chính xác và độ tin cậy cao. Các nhà nghiên cứu tính toán rằng lượng năng lượng mà L98–59 f nhận được từ sao chủ tương đương với mức năng lượng Trái Đất nhận từ Mặt Trời, củng cố thêm giả thiết rằng hành tinh này có thể sở hữu nước dạng lỏng và là ứng viên sáng giá cho sự sống ngoài Trái Đất.

Nhóm nghiên cứu cũng công bố thêm các thông tin quan trọng về bốn hành tinh còn lại trong hệ. Trong đó, L98–59 b – hành tinh gần sao chủ nhất, có kích thước bằng 84% Trái Đất và khối lượng bằng khoảng một nửa. Hai hành tinh tiếp theo trong hệ được cho là có địa chất tương đồng với vệ tinh Io của Sao Mộc – nơi nổi tiếng với hoạt động núi lửa mãnh liệt. Riêng hành tinh thứ tư có thể là một ‘thế giới nước’, với cấu trúc chứa phần lớn là chất lỏng.

Giáo sư René Doyon, một trong các đồng tác giả của nghiên cứu, cho rằng hệ hành tinh L98–59 cung cấp một cơ hội độc đáo để trả lời các câu hỏi nền tảng trong lĩnh vực nghiên cứu hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời. Với sự đa dạng về cấu trúc và đặc tính vật lý, L98–59 là một phòng thí nghiệm thiên nhiên lý tưởng để nghiên cứu cách mà các hành tinh loại siêu Trái Đất hoặc tiểu Hải Vương hình thành.

Nhóm nghiên cứu cho biết, sau bước phát hiện quan trọng này, họ sẽ tiếp tục sử dụng kính viễn vọng không gian James Webb – công cụ hiện đại nhất hiện nay để phân tích kỹ hơn thành phần khí quyển và bề mặt của các hành tinh trong hệ sao L98–59.

Việc phát hiện L98–59 f – hành tinh có khả năng hỗ trợ sự sống ở khoảng cách tương đối gần Trái Đất – không chỉ là bước tiến khoa học mà còn mở ra nhiều hy vọng về khả năng tồn tại sự sống ngoài hành tinh trong vũ trụ rộng lớn.

Các nhà khoa học sử dụng hệ thống kính viễn vọng vô tuyến mạnh mẽ CHIME tại Canada đã phát hiện một vật thể vũ trụ hiếm và độc đáo, được đặt tên là ‘kỳ lân vũ trụ’. Vật thể này, còn gọi là CHIME J1634+44 hoặc ILT J163430+445010, thuộc lớp thiên thể ‘Biến động vô tuyến chu kỳ dài’ (LPT), phát ra các đợt sóng vô tuyến lặp lại theo thang thời gian từ vài phút đến vài giờ.

Điều khiến CHIME J1634+44 trở nên kỳ lạ là chu kỳ phát xạ sóng vô tuyến của nó có hai chu kỳ riêng biệt: một là 841 giây (hơn 14 phút) và một là 4206 giây (khoảng 70 phút), với chu kỳ thứ cấp dài hơn chính xác 5 lần so với chu kỳ chính. Sự độc đáo của ‘kỳ lân vũ trụ’ không chỉ dừng lại ở đó, mà còn ở tốc độ quay của nó đang tăng nhanh, trái ngược với quy luật thông thường của các sao xung – dạng quay nhanh của sao neutron.

Các chuyên gia đưa ra giả thuyết rằng ‘kỳ lân vũ trụ’ có thể là một hệ thống bao gồm một sao neutron và một thiên thể bí ẩn khác đang quay quanh nhau. Thiên thể đồng hành này có thể là một sao neutron khác, một sao lùn trắng hoặc một sao lùn nâu. Có khả năng sao neutron đang ‘ăn thịt’ dần người bạn đồng hành, điều này đã tiếp cho nó thêm năng lượng để quay nhanh hơn.

Các nhà khoa học tin rằng, việc phát hiện ‘kỳ lân vũ trụ’ mở ra một cơ hội mới để nghiên cứu về các hệ thống sao neutron và các hiện tượng vũ trụ độc đáo. Việc tiếp tục quan sát và nghiên cứu về CHIME J1634+44 sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của các vật thể vũ trụ này và các quy luật vận động của chúng trong vũ trụ.

scienceDaily ngày 31/07/2023.