Lỗ đen lang thang: Các nhà khoa học lần đầu tiên xác nhận sự tồn tại của một lỗ đen đơn độc trôi dạt trong không gian

Phát hiện này không chỉ kết thúc nhiều năm quan sát và tranh luận mà còn mở ra cánh cửa cho một cuộc hành trình mới nhằm tìm kiếm những vật thể bí ẩn và khó nắm bắt nhất trong vũ trụ.

Vật thể đặc biệt này lần đầu tiên được nhóm nghiên cứu phát hiện cách đây vài năm khi nó lặng lẽ di chuyển qua chòm sao Nhân Mã. Dữ liệu ban đầu do kính viễn vọng Hubble thu thập từ năm 2011 đến 2017 cho thấy có một “vật thể tối” không xác định đang tác động đến ánh sáng của một ngôi sao ở xa. 

Hiện tượng đó là kết quả của hiệu ứng vi thấu kính hấp dẫn, một hiện tượng vật lý kỳ lạ trong đó ánh sáng từ một ngôi sao bị bẻ cong bởi trọng lực của một vật thể đi qua phía trước nó, giống như cách một thấu kính khuếch đại hình ảnh. 

Nhưng khi nhóm nghiên cứu đề xuất rằng thủ phạm có thể là một lỗ đen, họ đã vấp phải sự phản bác từ một nhóm khoa học khác cho rằng đây có thể là một sao neutron, một vật thể cũng có mật độ cực cao nhưng có khối lượng nhỏ hơn và dễ quan sát hơn.

Tuy nhiên, mọi tranh cãi giờ đây đã có hồi kết. Trong một công trình nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Vật lý Thiên văn, nhóm khoa học ban đầu đã sử dụng dữ liệu quan sát mới thu thập từ Kính viễn vọng Hubble trong giai đoạn 2021-2022 cùng với dữ liệu bổ sung từ tàu thăm dò không gian Gaia để xác minh lại bản chất của vật thể bí ẩn. 

Kết quả phân tích cho thấy vật thể này có khối lượng gấp khoảng bảy lần Mặt Trời, vượt quá ngưỡng khối lượng tối đa của một ngôi sao neutron, từ đó loại trừ khả năng đó là một sao neutron và khẳng định chắc chắn đây là một hố đen.

Điều đáng nói là đây là lỗ đen đầu tiên được phát hiện trong trạng thái “cô độc”, tức không có bất kỳ ngôi sao đồng hành nào, khác hoàn toàn với các lỗ đen từng được phát hiện trước đây, vốn thường lộ diện thông qua sự tương tác hấp dẫn với các ngôi sao gần đó, gây ra các hiện tượng như phát xạ tia X hoặc thay đổi quỹ đạo của ngôi sao. 

Ở trường hợp này, lỗ đen chỉ được “nhìn thấy” khi nó tình cờ đi ngang qua một ngôi sao ở xa và làm cong ánh sáng đi tới từ ngôi sao đó – một dấu hiệu yếu ớt nhưng đủ để các nhà khoa học suy luận ra bản chất thật sự của nó.

“Phân tích đường cong ánh sáng vi thấu kính và các phép đo thiên văn đã dẫn chúng tôi cũng như các nhóm độc lập khác sau này đến kết luận rằng vật thể này là một lỗ đen khối lượng sao cô lập”, nhóm nghiên cứu viết trong bản tóm tắt công bố kèm theo nghiên cứu của mình. “Đây là khám phá đầu tiên và hiện là duy nhất về một lỗ đen như vậy”.

Thêm vào đó, nhóm nghiên cứu thứ hai, từng phản đối giả thuyết lỗ đen cũng đã xem xét lại dữ liệu của họ trong năm 2023 và đi đến kết luận tương tự. Theo phân tích của họ, vật thể này có khối lượng gấp sáu lần Mặt Trời, mặc dù có độ không chắc chắn cao hơn, nhưng con số này vẫn nằm trong phạm vi phù hợp với ước tính của nhóm nghiên cứu ban đầu. 

Sự đồng thuận hiếm hoi này giữa hai nhóm nghiên cứu độc lập càng làm tăng độ tin cậy của phát hiện, và đưa nó trở thành một minh chứng rõ ràng cho sự tồn tại của các lỗ đen trôi dạt trong không gian, không gắn liền với bất kỳ hệ sao nào.

Khám phá này được đánh giá là có tầm quan trọng lớn không chỉ vì tính độc đáo mà còn vì nó mở ra một kênh hoàn toàn mới trong việc nghiên cứu và phát hiện lỗ đen. 

Cho đến nay, các nhà thiên văn học thường dựa vào các tín hiệu phụ trợ như bức xạ tia X hoặc sóng hấp dẫn để xác định sự hiện diện của lỗ đen. Nhưng việc chứng minh rằng chúng ta có thể phát hiện một lỗ đen chỉ bằng hiệu ứng hấp dẫn vi mô đã khẳng định hiệu quả của phương pháp vi thấu kính, một công cụ sẽ đóng vai trò ngày càng lớn trong việc khám phá các vật thể tối trong vũ trụ.

Dưới góc nhìn khoa học, đây là một thành tựu có sức ảnh hưởng lâu dài. Nếu có một lỗ đen đơn độc như vậy, thì có thể còn vô số lỗ đen tương tự khác đang âm thầm trôi nổi trong Dải Ngân Hà và các thiên hà khác, không hề để lại dấu vết nào ngoài hiệu ứng hấp dẫn. 

Những vật thể này được coi là “kẻ vô hình” của vũ trụ, có thể là những phần còn thiếu trong bức tranh toàn cảnh về sự tiến hóa của sao và cái chết của các ngôi sao khổng lồ. Sự hiện diện của chúng có thể ảnh hưởng đến sự phân bố vật chất, động lực học của thiên hà, và thậm chí có thể liên quan đến các bí ẩn lớn hơn như vật chất tối.

Với sự ra mắt sắp tới của Kính viễn vọng không gian Nancy Grace Roman, dự kiến phóng vào năm 2027, các nhà thiên văn học tin rằng chúng ta sẽ sớm bước vào một kỷ nguyên mới trong việc tìm kiếm và nghiên cứu các lỗ đen đơn độc. 

Khả năng quan sát siêu nhạy và trường quan sát rộng của kính viễn vọng này sẽ cho phép phát hiện hàng ngàn hiện tượng vi thấu kính, mở ra hy vọng rằng lỗ đen đơn độc đầu tiên sẽ không còn là duy nhất trong thời gian dài.

Phát hiện này là minh chứng cho sự kiên trì, cẩn trọng và sức mạnh của khoa học hiện đại trong việc làm sáng tỏ những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ. Và quan trọng hơn cả, nó nhắc nhở chúng ta rằng dù đã có vô vàn tiến bộ, bầu trời đêm vẫn còn ẩn chứa những bí mật chưa từng được chạm tới – và đôi khi, những điều kỳ diệu nhất lại chính là thứ ta không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Đức Khương