40 TRIỆU HỐ ĐEN LANG THANG TRONG THIÊN HÀ CỦA CHÚNG TA
Khi một ngôi sao khối lượng lớn chết đi, nó có thể sụp đổ thành một hố đen. Các máy dò sóng hấp dẫn đã bắt được hàng trăm hố đen sáp nhập ở rất xa. Thế nhưng trong chính Dải Ngân Hà của chúng ta, mới chỉ biết khoảng hai chục hố đen sao — gần như tất cả đều nằm trong các cặp, nơi một ngôi sao đồng hành làm lộ ra sự hiện diện của chúng.
Lý thuyết cho rằng phải có khoảng một trăm triệu hố đen. Tuyệt đại đa số sẽ là hố đen cô lập: một mình, tối tăm, không có gì để làm lộ ra chúng. Cho đến nay mới chỉ có một hố đen như vậy được xác nhận, OGLE-2011-BLG-0462, nặng khoảng 7 lần Mặt Trời, được phát hiện vì nó đã khuếch đại ánh sáng của một ngôi sao phía sau trong chốc lát — một hiệu ứng gọi là vi thấu kính hấp dẫn.
Mô phỏng các ngôi sao của cả một thiên hà
Jian-Guo He, Yong Shao và các đồng nghiệp tại Đại học Nam Kinh đã xây dựng POPKIN, một mã Python mới. Mã này theo dõi các ngôi sao đơn và các cặp sao từ lúc sinh ra đến lúc chết — trao đổi khối lượng, sáp nhập, các vụ nổ siêu tân tinh — trong một mô hình về lịch sử hình thành sao và lịch sử hóa học của Dải Ngân Hà suốt 12 tỷ năm. Sau đó, nó theo dấu từng hố đen được tạo ra dọc theo quỹ đạo của nó trong Thiên Hà cho đến ngày nay.
Họ đã chạy mười phiên bản của mô hình, thay đổi những phần vật lý bất định nhất: các ngôi sao nổ như thế nào, và các cặp sao trao đổi khối lượng ra sao.
Cuộc điều tra dân số
Trong mô hình tham chiếu của họ:
- Dải Ngân Hà chứa khoảng 40 triệu hố đen cô lập (các cách mô tả siêu tân tinh khác cho kết quả 100 đến 200 triệu).
- Khoảng 80.000 nằm trong phạm vi 1 kiloparsec quanh Mặt Trời — chừng 3.300 năm ánh sáng.
- Khối lượng trung bình của chúng khoảng 11 lần Mặt Trời. Khối lượng tập trung quanh 9 và 20 lần khối lượng Mặt Trời, với một khoảng trống rõ rệt giữa 13 và 17.
- Phần lớn nằm gần mặt phẳng Thiên Hà. Gần một nửa đến từ đĩa dày, già của Dải Ngân Hà.
- Nguồn gốc phổ biến nhất: một cặp sao bị một vụ siêu tân tinh xé toạc (khoảng 48%).
- Hơn hai phần ba được sinh ra mà không bị “cú hích” (lực giật lúc sinh ra). Chúng đi theo những quỹ đạo êm đềm, gần như tròn. Những hố đen nhận một cú hích lúc sinh ra di chuyển nhanh hơn nhiều, thường từ 100 đến 200 km/s.
Khối lượng dự đoán của các hố đen cô lập: hai đỉnh gần 9 và 20 lần khối lượng Mặt Trời, và một khoảng trống giữa 13 và 17. — Hình 13, He et al. (2026), arXiv:2609.29211.
Nơi chúng sẽ xuất hiện trên bầu trời: tập trung về phía mặt phẳng và trung tâm Dải Ngân Hà. — Hình 15, He et al. (2026), arXiv:2609.29211.
Làm sao tìm ra chúng
- Tia X. Một hố đen di chuyển chậm qua khí giữa các vì sao sẽ nuốt một phần khí đó và phát sáng. Mô hình dự đoán khoảng 5.000 nguồn như vậy vượt một ngưỡng độ sáng nhất định trên toàn Thiên Hà, khoảng 100 nguồn trong phạm vi 1 kiloparsec — những con số lạc quan, rất nhạy với hiệu suất bức xạ của khí bị nuốt.
- Vi thấu kính. Các sự kiện khuếch đại kéo dài là manh mối tốt nhất. Với cuộc khảo sát trung tâm Thiên Hà của kính viễn vọng không gian Roman trong tương lai, mô hình dự đoán khoảng 360 sự kiện trong năm năm — một giới hạn trên, trước khi tính đến các hiệu ứng chọn lọc trong thực tế.
Mô hình cũng đưa ra một phỏng đoán về hố đen cô độc duy nhất đã biết: chuyển động của nó phù hợp nhất với một hố đen sinh ra trong đĩa mỏng và đã nhận một cú hích lúc sinh ra, dù một nguồn gốc khác không bị loại trừ.
Vì sao các con số khác nhau
Tổng số phụ thuộc chủ yếu vào cách các ngôi sao nổ, điều vẫn còn chưa chắc chắn. Đó chính là điểm mấu chốt: các sự kiện vi thấu kính kéo dài lưu giữ dấu vết của phần vật lý này, chẳng hạn khoảng trống trong phân bố khối lượng. Đếm các hố đen cô độc có thể hé lộ cách các ngôi sao khối lượng lớn chết đi.