Giải mã bí ẩn xung quanh các hố đen khổng lồ

Sử dụng dữ liệu từ Đài quan sát không gian Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) được triển khai gần đây, các nhà nghiên cứu quốc tế đã hé lộ những bí ẩn liên quan đến các hố đen khổng lồ. Theo họ, sở dĩ một số hố đen giải phóng các tia hạt năng lượng sáng chói như vậy là do các hạt hạ nguyên tử gọi là electron được “nạp năng lượng” nhờ sóng xung kích di chuyển ra khỏi hố đen với tốc độ siêu thanh. 

Để đưa ra lời giải thích trên, các nhà khoa học đã nghiên cứu một vật thể lạ gọi là “blazar” ở trung tâm của Markarian 501, một thiên hà hình elip lớn cách Trái Đất khoảng 460 triệu năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Hercules. Blazar là một tập hợp các vật thể được gọi là chuẩn tinh (những thiên thể sáng nhất trong vũ trụ), nhận năng lượng từ các siêu hố đen có thể hút khí và vật chất khác ở trung tâm của các thiên hà và phóng ra những tia vật chất theo hướng ngược nhau vào không gian. Nếu các tia vật chất này hướng thẳng về phía Trái Đất, vật thể đó được xem là một blazar.

Nhà thiên văn học Yannis Liodakis thuộc Trung tâm Thiên văn học Phần Lan, tác giả chính của nghiên cứu này, cho biết: “Các blazar là những vật thể sáng bền bỉ nhất trong vũ trụ chúng ta nhìn thấy. Chúng có nhiều năng lượng nhất. Chúng có những hố đen lớn nhất, đáng sợ nhất. Mọi thứ xảy ra xung quanh chúng đều rất hấp dẫn”. 

Trong khi đó, ông Alan Marscher, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Boston và đồng tác giả nghiên cứu, cho biết ánh sáng mà các nhà nghiên cứu nhìn thấy xuất phát từ các tia đến từ các hạt electron. Bức xạ X thuộc loại tia mà các nhà nghiên cứu quan sát thấy ở Markarian 501 chỉ có thể phát ra từ các electron năng lượng cực cao. 

Động lực đằng sau đó là một hố đen, một vật thể với lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng cũng không thể thoát ra được. Hố đen siêu lớn ở trung tâm của Markarian 501 có khối lượng lớn gấp khoảng 1 tỷ lần khối lượng Mặt trời của chúng ta và gấp khoảng 200 lần so với khối lượng của Sagittarius A* – hố đen siêu lớn của Dải Ngân hà.

Theo nhà nghiên cứu Liodakis, các hố đen là những phòng thí nghiệm “có một không hai” để nghiên cứu về vật lý cơ bản ở các điều kiện khắc nghiệt mà con người không thể tạo ra được trên Trái Đất. Tuy nhiên, ông Liodakis lưu ý: “Trước khi có thể sử dụng chúng với mục đích như vậy, chúng ta cần hiểu được tất cả các quá trình vật chất diễn ra. Trong nhiều năm, chúng tôi quan sát ánh sáng năng lượng cao từ những nguồn đó và đã có một vài giả thuyết làm thế nào các hạt phát ra ánh sáng đó sẽ được tiếp thêm năng lượng. Khả năng đo phân cực tia X của IXPE cho phép chúng tôi lần đầu tiên trực tiếp kiểm chứng những giả thuyết”.

Được phóng vào vũ trụ hồi tháng 12/2021, IXPE là dự án hợp tác giữa Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) và Cơ quan vũ trụ Italy. Đây là vệ tinh đầu tiên có thể đo sự phân cực của ánh sáng tia X với độ nhạy và rõ như vậy.