Nguồn gốc của lỗ đen đôi

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Astronomy and Astrophysical Letters, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã kiểm tra 69 lỗ đen đôi để xác định nguồn gốc của chúng. Theo đó, họ nhận thấy nguồn gốc thay đổi dựa trên các hành tinh kiểu mẫu.

"Khi thay đổi mô hình linh hoạt hơn hoặc đưa ra các giả thiết khác, bạn sẽ nhận được một câu trả lời khác về cách các lỗ đen hình thành trong vũ trụ", Sylvia Biscoveanu, sinh viên tốt nghiệp MIT, làm việc trong Phòng thí nghiệm LIGO kiêm đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

Lỗ đen đôi là gì?

Giống như sao đôi, lỗ đen đôi là hai vật thể có khối lượng lớn quay quanh nhau. Cả hai đều có khả năng va chạm hoặc hợp nhất với nhau. Tuy nhiên, lỗ đen đôi khi được hình thành ra từ những sao băng có khối lượng lớn không còn hoạt động hoặc "đang chết dần".

Tuy nhiên, nguồn gốc hình thành các lỗ đen đôi vẫn còn là một bí ẩn. Cho đến nay, 2 giả thuyết liên quan đến sự hình thành của chúng nhất là "tiến hóa phân đôi" (field binary evolution) và "tổ hợp vận động" (dynamical assembly).

Lỗ đen đôi hình thành ở trung tâm một cụm sao dày đặc. Ảnh: Northwestern Visualization.

Quá trình tiến hóa phân đôi liên là khi một cặp sao đôi phát nổ tạo ra hai lỗ đen, tiếp tục quay quanh nhau như trước đây. Ban đầu, chúng quay quanh nhau dưới dạng các ngôi sao đôi, người ta tin rằng các vòng quay và độ nghiêng của chúng cũng thẳng hàng.

Các nhà khoa học cũng đưa ra giả thuyết rằng các lỗ đen đôi có nguồn gốc từ một đĩa thiên hà.

Trong khi đó, tổ hợp vận động là hai lỗ đen riêng lẻ. Mỗi lỗ có độ nghiêng và độ quay riêng nhưng được kết hợp lại với nhau bằng quá trình vật lý thiên văn khắc nghiệt, tạo thành hệ thống lỗ đen đôi.

Hiện tại, nhiều người giả thuyết rằng sự ghép đôi này có thể xảy ra trong một môi trường dày đặc như cụm sao cầu, nơi hàng nghìn ngôi sao ở gần nhau có thể ép hai lỗ đen lại với nhau.

Không chắc chắn về nguồn gốc thực sự

Nghiên cứu trên 69 lỗ đen đôi, các nhà thiên văn học xác định những vật thể khổng lồ này có thể bắt nguồn từ cả cụm sao cầu và đĩa thiên hà. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu chưa khám phá ra quy luật bắt nguồn của từng trường hợp cụ thể.

Phòng thí nghiệm LIGO (Mỹ) đã làm việc với đối tác từ Italy, Virgo, để xác định chu kỳ quay của 69 lỗ đen đôi trước đó.

Một mô hình như vậy được cấu hình để giả định rằng chỉ một phần lỗ đen nhị phân được tạo ra với các chu kỳ quay thẳng hàng, trong đó phần còn lại có các chu kỳ quay ngẫu nhiên. Một mô hình khác được cấu hình để dự đoán hướng quay có độ tương phản vừa phải.

Cuối cùng, họ phát hiện ra nguồn gốc luôn thay đổi theo các mô hình đã điều chỉnh. Vì vậy, để có kết quả nhất quán, cần có nhiều dữ liệu hơn từ 69 lỗ đen đôi.

Theo Salvatore Vitale, phó giáo sư vật lý, thành viên của Viện Nghiên cứu Vật lý Thiên văn và Không gian Kavli, các phép đo chu kỳ quay rất không chính xác.

"Nhưng khi xây dựng được nhiều dữ liệu hơn, chúng tôi có thể thu được thông tin tốt hơn. Sau đó, chúng tôi có thể khẳng định về một câu chuyện chúng tôi có thể tin", ông nói.