Hình minh họa hiển thị quỹ đạo của tất cả các ngôi sao đã biết tại trung tâm thiên hà. Quỹ đạo của sao S301 được thể hiện bằng màu cam (Ảnh: MPE)

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature cho thấy ngôi sao S301 hoàn thành một vòng quỹ đạo quanh Sagittarius A* (Sgr A*), một hố đen siêu lớn với khối lượng gấp khoảng 4,3 triệu lần Mặt Trời, chỉ trong khoảng 8,7 năm. Khi tiến gần hố đen nhất, ngôi sao này đạt vận tốc hơn 25.000 km mỗi giây, tương đương khoảng 8,5% tốc độ ánh sáng.

Ở thời điểm cận điểm, S301 chỉ cách Sgr A* một khoảng tương đương khoảng cách giữa Mặt Trời và Sao Thổ. Quỹ đạo cực đoan này đưa ngôi sao tiến sâu vào vùng hấp dẫn mạnh quanh hố đen, gần hơn khoảng 10 lần so với ngôi sao S2 – một trong những thiên thể từng được sử dụng để kiểm chứng thuyết tương đối tổng quát.

Theo nhóm nghiên cứu thuộc dự án GRAVITY+, chuyển động của S301 có thể biến nó thành một “đầu dò” tự nhiên, giúp các nhà khoa học nghiên cứu những đặc tính khó xác định của hố đen Sgr A*.

Trước đó, các quan sát đối với ngôi sao S2 đã giúp các nhà thiên văn đo những hiệu ứng như dịch chuyển đỏ hấp dẫn và sự tiến động quỹ đạo do trường hấp dẫn cực mạnh của hố đen gây ra. Tuy nhiên, S301 có quỹ đạo ngắn hơn và tiến gần Sgr A* hơn đáng kể, tạo điều kiện thuận lợi để quan sát các hiệu ứng tương đối tính mạnh hơn.

Một trong những mục tiêu quan trọng là xác định độ quay của Sgr A*. Khi một hố đen quay, nó có thể kéo theo không gian và thời gian xung quanh, tạo ra hiện tượng gọi là hiệu ứng kéo khung, hay hiệu ứng Lense-Thirring.

Hiệu ứng này có thể làm thay đổi rất nhỏ quỹ đạo của S301. Bằng cách theo dõi chính xác chuyển động của ngôi sao trong nhiều năm, các nhà khoa học hy vọng có thể tách được dấu hiệu này và từ đó đo tốc độ quay của hố đen ở trung tâm Dải Ngân Hà.

Nếu xác định được cả khối lượng và độ quay của Sgr A*, các nhà nghiên cứu có thể tiến thêm một bước trong việc kiểm chứng định lý “không tóc” của hố đen. Theo lý thuyết này, một hố đen về cơ bản có thể được mô tả bằng một số đặc tính cơ bản như khối lượng, điện tích và mô-men quay.

Quỹ đạo bất thường của S301 cũng đặt ra câu hỏi về nguồn gốc của ngôi sao. Nhóm nghiên cứu cho rằng nó có thể từng thuộc một hệ sao đôi đi quá gần Sgr A*. Trong kịch bản này, lực hấp dẫn cực mạnh của hố đen có thể xé tách cặp sao, giữ lại một ngôi sao trên quỹ đạo hẹp và hất văng ngôi sao còn lại ra xa.

Tuy nhiên, giả thuyết này vẫn cần thêm bằng chứng để xác nhận.

S301 dự kiến sẽ tiếp cận Sgr A* lần tiếp theo vào khoảng cuối năm 2031. Đây được xem là thời điểm đặc biệt quan trọng, khi ảnh hưởng của độ quay hố đen lên quỹ đạo của ngôi sao có thể biểu hiện rõ nhất.

Trong những năm tới, nhóm GRAVITY+ sẽ tiếp tục theo dõi S301. Các thiết bị thế hệ mới, trong đó có MICADO trên Kính thiên văn cực lớn của Đài thiên văn Nam châu Âu, cũng được kỳ vọng giúp tái dựng chính xác hơn chuyển động ba chiều của ngôi sao.

Các nhà khoa học cho rằng trung tâm Dải Ngân Hà có thể còn chứa nhiều ngôi sao với quỹ đạo cực đoan tương tự. Nếu phát hiện thêm những “đầu dò tự nhiên” như S301, việc đo đạc độ quay và kiểm tra các dự đoán của thuyết tương đối tổng quát quanh Sgr A* có thể trở nên chính xác hơn trong thập kỷ tới.