Kính viễn vọng Hubble phát hiện một loại hố đen chưa từng tồn tại

Nằm cách xa Trái Đất khoảng 6.000 năm ánh sáng ở lõi của cụm sao Messier 4, hố đen này là một vùng không gian siêu đậm đặc có khối lượng tương đương 800 Mặt Trời, khiến các ngôi sao gần đó quay quanh nó giống như "đàn ong bay lượn quanh tổ".

Nhà vật lý thiên văn học Eduardo Vitral ở Viện khoa học Kính viễn vọng không gian, Maryland, Mỹ, cho biết "nó quá nhỏ để chúng ta có thể lý luận nó là một thứ gì khác ngoài một hố đen riêng lẻ. Thay vào đó, có thể đó là một cơ cấu sao mà chúng ta chưa đủ khả năng xác định với hiểu biết về vật lý của chúng ta hiện nay".

Hố đen sinh ra từ sự sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ và lớn lên bằng cách "ngấu nghiến" khí, bụi, sao và các hố đen khác xung quanh. Hiện nay, các hố đen được biết đến có xu hướng thuộc một trong hai loại: Hố đen khối lượng sao, tức là có khối lượng từ vài đến vài chục lần khối lượng Mặt Trời và hố đen siêu nặng, hay còn được coi như "quái vật vũ trụ" có khối lượng từ vài triệu đến 50 tỷ lần Mặt Trời.

Về lý thuyết, các hố đen khối lượng trung bình, tức là từ 100 đến 100.000 lần Mặt Trời, là những hố đen khó tìm kiếm nhất trong vũ trụ. Mặc dù có một vài dấu hiệu, nhưng chưa có hố đen trung bình nào được khẳng định chắc chắn là có tồn tại.

Điều đó đặt ra một câu đố cho các nhà thiên văn học. Nếu các hố đen phát triển từ kích thước sao đến kích thước siêu lớn bằng cách ngấu nghiến những thứ xung quanh nó một cách điên cuồng bất tận thì vì sao chúng ta lại không nhìn thấy chúng trong giai đoạn trung gian, tức là khi chúng đang phát triển, hay đây chính là hạn chế lớn của con người trong khả năng hiểu biết về vũ trụ nên không thể phát hiện được ra chúng.

Để tìm kiếm dấu hiệu của một hố đen khối lượng trung bình đang ẩn nấp, các nhà nghiên cứu đã hướng kính viễn vọng Hubble về phía cụm sao Messier 4. Đây là một cụm sao cầu gồm từ vài chục nghìn đến hàng triệu ngôi sao tụ lại dày đặc, nhiều trong số đó là những ngôi sao cổ nhất từng hình thành trong vũ trụ của chúng ta.

Có 180 cụm sao hình cầu như vậy nằm rải rác trong Dải Ngân Hà và do có mật độ khối lượng cao ở vùng trung tâm nên đây là nơi lý tưởng cho các hố đen "trẻ tuổi" tiếp tục phát triển.

Messier 4 là cụm sao cầu gần Trái Đất nhất. Nhờ kính viễn vọng Hubble và Gaia, các nhà nghiên cứu đã thu thập được dữ liệu trong 12 năm để xác định chính xác các ngôi sao của nó và nghiên cứu chuyển động của chúng quanh vùng trung tâm và phát hiện ra rằng các ngôi sao đang di chuyển xung quanh một thứ gì đó có khối lượng lớn mà không thể phát hiện trực tiếp ở trung tâm của cụm sao.

Nhà vật lý thiên văn học Vitral cho biết có một vùng nhỏ mà khối lượng rất đậm đặc, nó nhỏ hơn khoảng 3 lần so với khối lượng đậm đặc nhất từng được con người phát hiện trước đây trong các cụm sao cầu khác.

Vùng nhỏ mà các nhà nghiên cứu tìm thấy còn nhỏ hơn họ đoán nếu như lực hấp dẫn cực lớn của nó được tạo ra bởi các ngôi sao chết dày đặc khác, ví dụ như sao neutron và sao lùn trắng, và nó sẽ chứa khoảng 40 hố đen có khối lượng sao chỉ trong một không gian bằng 1/10 của một năm ánh sáng, khiến cho các ngôi sao quay quanh chúng vô cùng dày đặc.

Điều đó dẫn đến việc chúng sẽ hợp nhất và/ hoặc bị đẩy ra ngoài trong "trò chơi bắn bi" giữa các vì sao.

Để khẳng định là đã phát hiện ra một hố đen khối lượng trung bình mà không phải vô tình phát hiện ra một vài hiện tượng vật lý mới, các nhà nghiên cứu nói rằng cần tiếp tục theo dõi bằng kính viễn vọng Hubble cùng với kính viễn vọng James Webb.

"Khoa học hiếm khi phát hiện ra một điều gì đó mới mẻ mà chỉ cần trong một khoảnh khắc" - Nhà khoa học Timo Prusti làm việc tại đài quan sát kính viễn vọng Gaia nói - "và đây có thể chính là một bước đi nữa để khẳng định rằng các hố đen khối lượng trung bình thực sự có tồn tại."