Các nhà khoa học của đại học Princeton và Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (PPPL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã phát triển một phương pháp chặt chẽ mới, để mô hình hóa đĩa bồi tụ của lỗ đen siêu nặng tại trung tâm thiên hà Milky Way.
Báo cáo được công bố trực tuyến trên tạp chí Physical Review Letters tháng 12, cung cấp một nền tảng quan trọng cho việc mô phỏng các tiến trình lạ thường liên quan.
Đĩa bồi tụ là các đám mây plasma có quĩ đạo dần cuốn vào các vật thể nặng, như lỗ đen – trường hấp dẫn cực mạnh được tạo ra bởi các sao khổng lồ sau khi chúng sụp đổ và trở nên rất nhỏ so với kích thước ban đầu của nó. Những sao bị sụp đổ này bị bao quanh bởi một “chân trời sự kiện” mà tại đó ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra. Khi các đĩa bồi tụ chảy về phía chân trời sự kiện, nó cung cấp năng lượng cho một số nguồn bức xạ điện từ mạnh mẽ nhất và sáng nhất trong vũ trụ.
4 triệu lần khối lượng Mặt Trời
Lỗ đen khổng lồ ở trung tâm Milky Way được gọi là Sagittarius A* (vì nó được tìm thấy trong chòm sao Sagittarius (Cung thủ), có khối lượng lớn gấp 4 triệu lần Mặt Trời của chúng ta. Tuy nhiên, plasma từ đĩa bồi tụ chảy xoát vào lỗ đen “không có hiệu quả về mặt bức xạ”, nghĩa là nó phát ra quá ít bức xạ so với thông thường.
“Vì vậy, câu hỏi đặt ra là tại sao đĩa này quá trầm lặng như vậy?” theo Matthew Kunz, tác giả chính của bài báo, phó giáo sư về vật lý thiên văn tại đại học Princeton và nhà vật lý tại PPPL. Các đồng tác giả gồm James Stone, giáo sư vật lý thiên văn và Eliot Quataert, giám đốc vật lý thiên văn lý thuyết tại đại học California, Berkeley.
Để phát triển một phương pháp giúp tìm ra câu trả lời, các nhà nghiên cứu đã xem xét tính chất cực nóng của đĩa bồi tụ của Sagittarius A*. Plasma của nó quá nóng và loãng, không có sự va chạm, nghĩa là quĩ đạo của các proton và electron trong plasma này hiếm khi giao nhau.
Sự thiếu va chạm này khiến đĩa bồi tụ của Sagittarius A* khác biệt so với các đĩa bồi tụ sáng hơn và nhiều bức xạ hơn có quĩ đạo quanh các lỗ đen khác. Các đĩa sáng hơn có sự va chạm và có thể mô hình hóa được bằng công thức từ những năm 1990. Nhưng “những mô hình này là không phù hợp đối với sự bồi tụ trong lỗ đen siêu nặng của chúng ta” Kunz cho biết.
Khu vực xung quanh Sagittarius A*
Truy tìm các hạt
Để mô hình hóa quá trình bồi tụ cho đĩa của Sagittarius A*, các tác giả sử dụng một phương pháp gọi là “động học” để theo dõi một cách có hệ thống các đường dẫn của các hạt va chạm riêng biệt. Cách tiếp cận phức tạp này được thực hiện bằng các mã hóa máy tính Pegasus, được phát triển tại Princeton bởi Kunz, Stone và Xuening Bai, hiện là giảng viên tại đại học Harvard, tạo ra một bộ các phương trình tốt hơn có thể mô hình hóa hoạt động của đĩa quanh lỗ đen siêu nặng.
Cách tiếp cận động họccó thể giúp các nhà vật lý thiên văn hiểu những nguyên nhân dẫn tới việc rất ít bức xạ phát ra từ khu vực bồi tụ xung quanh lỗ đen Sagittarius A*. Các kết quả cũng có thể nâng cao hiểu biết về các vấn đề quan trọng khác, như cách plasma bị từ hóa hoạt động trong những môi trường khắc nghiệt và cách các trường điện từ được khuếch đại.
Kunz cho biết mục đích của phương pháp mới “sẽ là những mô hình dự đoán nhiều hơn về sự phát xạ từ sự bồi tụ lỗ đen tại trung tâm thiên hà, để so sách với các quan sát thiên văn”. Những quan sát đó đến từ các công cụ như Đài quan sát Chandra X-ray, một vệ tinh có quĩ đạo quanh Trái Đất được NASA đưa ra năm 1999, và không xa nữa là Kính thiên văn Event Horizon.
L.C
Theo Science Daily
