Một nghiên cứu mới công bố gần đây 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 được coi 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 năm 1915 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 năm 2016, 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 khoảng 300 vụ hợp nhất hố đen. Tuy nhiên, GW231123 là trường hợp đặc biệt trong số hơn 300 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. Chẳng hạn, hiện vẫn chưa xác định được chính xác khoảng cách của GW231123 so với Trái Đất, nó có thể cách chúng ta tới 12 tỷ năm ánh sáng.

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 khoảng 100 và 140 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 rằng 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.

Nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời Trottier (Canada) và NASA đã công bố một phát hiện quan trọng trong lĩnh vực thiên văn học, liên quan đến sự tồn tại của một hành tinh có điều kiện lý tưởng để duy trì sự sống. Hành tinh này, được gọi là L98–59 f, là một ‘siêu Trái Đất’ quay quanh một sao lùn đỏ tên L98–59, nằm cách Trái Đất khoảng 35 năm ánh sáng.

L98–59 f đặc biệt được chú ý vì nó nằm trong ‘vùng có thể ở được’, nghĩa là khu vực mà nước lỏng có khả năng tồn tại trên bề mặt hành tinh. Đây là điều kiện tiên quyết cho sự sống như trên Trái Đất. Việc tìm ra một hành tinh như vậy trong một hệ sao nhỏ gọn là một bước tiến quan trọng, minh chứng cho sự đa dạng phong phú của các hệ hành tinh bên ngoài Hệ Mặt Trời.

Ông Charles Cadieux, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết việc nghiên cứu những hành tinh quay quanh các sao lùn đỏ – loại sao phổ biến nhất trong vũ trụ – là rất quan trọng. Hệ sao L98–59 ban đầu được phát hiện vào năm 2019 với bốn hành tinh đã biết. Tuy nhiên, 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 đã phát hiện ra hành tinh thứ năm – L98–59 f.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp theo dõi những dao động rất nhỏ trong chuyển động của ngôi sao để phát hiện L98–59 f. Phương pháp này đòi hỏi công nghệ đo đạc cực kỳ chính xác và độ tin cậy cao. Kết quả cho thấy L98–59 f nhận được lượng năng lượng tương đương với mức năng lượng mà Trái Đất nhận từ Mặt Trời, củng cố giả thiết rằng hành tinh này có thể sở hữu nước dạng lỏng và có khả năng hỗ trợ sự sống.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng công bố thêm thông tin 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. 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 nghiên cứu cách mà các hành tinh loại siêu Trái Đất hoặc tiểu Hải Vương hình thành. Với sự đa dạng về cấu trúc và đặc tính vật lý, L98–59 là một phòng thí nghiệm thiên nhiên lý tưởng.

Nhóm nghiên cứu dự định sẽ tiếp tục sử dụng kính viễn vọng không gian James Webb 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 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 tại Canada đã đạt được một phát hiện đáng kể thông qua việc sử dụng hệ thống kính viễn vọng vô tuyến mạnh mẽ CHIME. Một vật thể vũ trụ độc đáo và hiếm hoi, được đặt tên là “kỳ lân vũ trụ” hoặc CHIME J1634+44, đã được phát hiện và thuộc lớp thiên thể được gọi là “Biến động vô tuyến chu kỳ dài” (LPT). Đây là những thiên thể phát ra các đợt sóng vô tuyến lặp lại theo thang thời gian từ vài phút đến vài giờ.

Điều khiến cho “kỳ lân vũ trụ” trở nên đặc biệt và thu hút sự chú ý của các nhà khoa học là ở chỗ nó có hai chu kỳ phát xạ sóng vô tuyến riêng biệt. Một chu kỳ có độ dài 841 giây, tương đương hơn 14 phút, và chu kỳ kia dài 4206 giây, khoảng 70 phút. Đáng chú ý hơn, chu kỳ thứ cấp dài hơn có mối quan hệ chính xác là 5 lần so với chu kỳ chính.

Một đặc điểm nữa khiến “kỳ lân vũ trụ” trở nên kỳ lạ và khác biệt so với các thiên thể đã biết khác là tốc độ quay của nó đang tăng nhanh. Thông thường, các sao xung – một dạng quay nhanh của sao neutron – sẽ giảm tốc độ quay theo thời gian do sự tiêu tán của năng lượng. Tuy nhiên, “kỳ lân vũ trụ” lại không tuân theo quy luật này.

Để giải thích hiện tượng độc đáo này, 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. Một khả năng khác được đưa ra là sao neutron đang dần “ăn thịt” người bạn đồng hành của mình. Quá trình này có thể là nguồn cung cấp năng lượng giúp cho sao neutron quay nhanh hơn.

Mặc dù các chi tiết cụ thể về “kỳ lân vũ trụ” vẫn còn đang được nghiên cứu và phân tích, phát hiện này đã mở ra một hướng nghiên cứu mới và thú vị trong lĩnh vực thiên văn học. Việc tiếp tục khám phá và tìm hiểu về các thiên thể độc đáo như “kỳ lân vũ trụ” không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về vũ trụ mà còn có thể dẫn đến những phát hiện quan trọng trong tương lai.

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một số lượng lớn thiên hà ‘ngủ đông’ trong vũ trụ đầu tiên, những thiên hà này đã ngừng hình thành sao trong giai đoạn đầu của lịch sử vũ trụ. Phát hiện này, được thực hiện bằng dữ liệu từ Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), đã làm sáng tỏ một giai đoạn quan trọng trong quá trình tiến hóa của các thiên hà.

Có nhiều lý do dẫn đến việc các thiên hà ngừng hình thành sao mới. Một trong số đó là sự hiện diện của các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng, phát ra bức xạ mạnh làm nóng và làm giảm khí lạnh, thành phần cần thiết cho sự hình thành sao. Ngoài ra, các thiên hà lân cận lớn hơn có thể ảnh hưởng đến khí lạnh của một thiên hà, dẫn đến việc ngừng hình thành sao. Hậu quả là, những thiên hà này có thể vẫn ở trạng thái ngủ đông vô thời hạn hoặc trở nên ‘bị triệt tiêu’.

Một lý do khác khiến các thiên hà trở nên không hoạt động là phản hồi sao, khi khí trong thiên hà được làm nóng và đẩy ra ngoài do các quá trình sao như siêu tân tinh, gió sao mạnh, hoặc áp lực liên quan đến ánh sáng sao. Thiên hà sau đó trải qua một giai đoạn ‘yên tĩnh’ tạm thời. Theo Alba Covelo Paz, sinh viên tiến sĩ tại Đại học Geneva và tác giả chính của nghiên cứu, giai đoạn này thường kéo dài khoảng 25 triệu năm. Trong thời gian này, khí đã bị đẩy ra sẽ rơi trở lại, và khí ấm sẽ làm mát lại. Khi có đủ khí lạnh, thiên hà có thể bắt đầu hình thành sao mới.

Trước đây, chỉ có bốn thiên hà ngủ đông được phát hiện trong tỷ năm đầu tiên của vũ trụ. Tuy nhiên, sử dụng dữ liệu quang phổ nhạy của JWST, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã phát hiện ra 14 thiên hà ngủ đông có khối lượng trong phạm vi rộng ở vũ trụ đầu tiên. Phát hiện này cho thấy các thiên hà ngủ đông không bị giới hạn ở mức khối lượng thấp hoặc rất cao.

Các nhà nghiên cứu không ngờ rằng họ sẽ thấy các thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên, vì những thiên hà này còn trẻ và nên đang hình thành nhiều sao mới. Tuy nhiên, sự khám phá đầu tiên về một thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên đã được công bố vào năm 2024. Sự kiện này đã mở ra cánh cửa cho việc nghiên cứu các thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên.

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra ánh sáng của khoảng 1.600 thiên hà, tìm kiếm dấu hiệu của sao mới không hình thành. Họ cũng tập trung vào các dấu hiệu rõ ràng của sao trung niên hoặc già trong ánh sáng của các thiên hà. Nhóm đã tìm thấy 14 thiên hà, có khối lượng từ khoảng 40 triệu đến 30 tỷ khối lượng mặt trời, đã ngừng hình thành sao.

Các nhà thiên văn học hy vọng rằng các quan sát trong tương lai sẽ giúp làm sáng tỏ các nhà máy sao đang ngủ này. Một chương trình JWST sắp tới có tên là ‘Sleeping Beauties’ sẽ dành riêng cho việc khám phá các thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên. Chương trình này sẽ cho phép các nhà thiên văn học ước tính thời gian một thiên hà ở trạng thái yên tĩnh và giúp họ hiểu rõ hơn về quá trình hình thành sao liên tục.

Vẫn còn nhiều điều chưa biết đối với các nhà thiên văn học, nhưng với phát hiện này, họ đã tiến một bước gần hơn đến việc giải mã quá trình tiến hóa của các thiên hà. Các phát hiện này đã được tải lên cơ sở dữ liệu bản thảo arXiv vào ngày 27 tháng 6 và chưa được đánh giá đồng nghiệp.