Tâm của hầu hết các thiên hà - kể cả thiên hà Dải Ngân Hà của chúng ta - được cho là có chứa các lỗ đen siêu nặng, có khối lượng lớn gấp hàng triệu lần khối lượng Mặt Trời. Trong suốt cuộc đời của một lỗ đen như vậy, nằm ngay ở trong vùng bận rộn nhất của một thiên hà, nó sẽ tiêu thụ hàng triệu triệu ngôi sao - đó chính là cách nó hình thành.

Những ngôi sao này sẽ tiến đến và vượt qua quá gần một lỗ đen, và bị bẫy lại trong trường hấp dẫn của nó. Chúng sẽ xoay vòng quanh và vòng quanh, tạo ra sóng hấp dẫn, cuối cùng là xoáy vào trong.

Những sự kiện như thế này mang đến cho chúng ta một kiểu riêng về hệ nhị phân đặc, được gọi là một hệ sao nhị phân xoáy có tỷ lệ khối lượng cực lệch (extreme mass-ratio inspiral - EMRI). Một hệ sao nhị phân đặc xoáy có tỷ lệ khối lượng cực lệch là một hệ có một ngôi sao đặc chuyển động xoáy quanh một ngôi sao trung tâm có khối lượng lớn hơn rất nhiều.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1: Hình dạng của không-thời gian xung quanh một hệ nhị phân xoáy có khối lượng cực lệch. Lỗ đen lớn nằm ở tâm, và một lỗ đen nhỏ hơn nhiều đang di chuyển xung quanh nó. Credit: SXS.

Vẻ đẹp của một EMRI nằm trong sự đơn giản của nó. Lỗ đen trung tâm quá năng khiến cho nó hầu như không chịu ảnh hưởng bởi ngôi sao nhỏ hơn. Trong một hệ sao nhị phân nơi các ngôi sao có khối lượng gần bằng nhau, cả hai đều bị biến dạng đến phi thường, và rất khó để tính toán. Tuy nhiên, đối với một EMRI, ngôi sao nhỏ hơn chỉ đơn giản là không có đủ sức nặng để gây ảnh hưởng đến ngôi sao lớn hơn.

Các nhà vật lý thiên văn tin rằng họ hiểu về một lỗ đen đơn độc khá tốt. Việc quan sát một EMRI sẽ mang lại cho họ cơ hội để kiểm tra hiểu biết đó, khi các sóng hấp dẫn sinh ra bởi ngôi sao nhỏ hơn lan truyền trong không-thời gian gần ngôi sao lớn hơn. Hơn nữa, chuyển động xoáy sẽ mất nhiều thời gian hơn so với chuyển động xoáy của một hệ nhị phân đặc thông thường, đem lại cho họ nhiều dữ liệu hơn để sử dụng cho các bài kiểm tra.

Âm thanh mô phỏng sự tiến lại gần nhau của hai lỗ đen. Credit: SXS.

Âm thanh dạng tiếng gõ mô phỏng chuyển động xoáy của hai lỗ đen, khi quỹ đao của chúng ngày càng gần nhau hơn. Credit: SXS.

Âm thanh dạng tiếng hót mô phỏng chuyển động xoáy của hai lỗ đen. Credit: SXS.

Nguồn: SXS

(Còn tiếp...)

Mục lục

Author: Hien PHAN
Nguyên chủ nhiệm CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại APC Laboratory, Paris Diderot University, Cộng hòa Pháp.