Một nghiên cứu mới đã cho thấy tốc độ vật chất rơi vào lỗ đen là thứ duy nhất làm thay đổi lượng ánh sáng phát ra từ đó.
Bản chất của các lỗ đen khiến việc nghiên cứu chúng trực tiếp là rất khó khăn. Vì ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát khỏi những vật thể rất nặng này, các nhà thiên văn học phải sử dụng các phương pháp khác để quan sát và nghiên cứu chúng. Mặc dù thông tin bị mất khi đi vào chân trời sự kiện của một lỗ đen, nó vẫn có thể thoát được khi còn ở ngoài ranh giới đó. Một nghiên cứu mới đây do một sinh viên đã tốt nghiệp khoa Thiên văn học của Đại học Chile đã tìm ra rằng lượng ánh sáng phát xạ từ khu vực quanh lỗ đen chỉ phụ thuộc vào một thứ là vận tốc mà vật chất rơi vào lỗ đen.
Nghiên cứu mới đã được công bố trên Astrophysical Journal, hướng tới việc xác định cơ chế vật lý ẩn sau những biến thiên được quan sát thấy ở các lỗ đen hoạt động mạnh nằm ở trung tâm các thiên hà (được gọi là các nhân thiên hà hoạt động, viết tắt là AGN). Chúng là các lỗ đen siêu nặng hiện đang hút lấy vật chất xung quanh. Trong thiên văn học, quá trình này được gọi là sự bồi tụ. Những lỗ đen như vậy có các đĩa bồi tụ - những đĩa vật chất chuyển động xoáy quanh lỗ đen và cuốn dần vào đó giống như khi nước chảy xuống lỗ cống. Phía ngoài chân trời sự kiện, những đĩa này phát sáng khi vật chất trong đó nóng lên nhờ ma sát, phát ra ánh sáng biểu kiến và thậm chí cả những bức xạ năng lượng cao hơn, chẳng hạn như tia X. Những đĩa này cũng có sự biến đổi - các nhà thiên văn học chưa thể chắc chắn tại sao, nhưng hiểu biết hiện tại cho biết khi những đám vật chất tương tác với đĩa hoặc rơi vào lỗ đen, việc đó gây ra sự thay đổi trong ánh sáng phát ra từ đĩa.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ Khảo sát bầu trời Sloan (SDSS) và Khảo sát biến thiên của AGN QUEST-La Silla để kết hợp các tính chất vật lý - khối lượng và tốc độ bồi tụ, hay tốc độ "ăn" của lỗ đen - của khoảng 2.000 AGN cùng thông tin về sự biến đổi của chúng. Điều họ tìm thấy thật đáng ngạc nhiên. "Trái với những gì vẫn được tin vào, tính chất vật lý quan trọng duy nhất để giải thích biên độ biến thiên là tốc độ bồi tụ của AGN," Paula Sánchez-Sáez - tác giả chính của nghiên cứu - nói trong một thông cáo báo chí.
Vì sao điều này đáng ngạc nhiên?
"Kết quả thu được trong nghiên cứu này thách thức mô hình cũ cho rằng sự biến thiên độ sáng của AGN phụ thuộc chủ yếu vào độ chói của AGN," Sánchez-Sáez nói. Điều đó có nghĩa là trước đây, các nhà thiên văn cho rằng AGN có độ chói càng cao (càng sáng) thì càng biến thiên lớn, trong khi AGN mờ hơn thì biến thiên với biên độ nhỏ hơn. Thay vì thế, nghiên cứu này đã phát hiện ra rằng tốc độ ăn của lỗ đen là thứ duy nhất ảnh hưởng tới sự biến đổi độ sáng, không liên quan tới việc nó sáng hay mờ.
Nhưng theo Sánchez-Sáez, thách thức đối với cách nghĩ cũ là điều hợp lý vì trước đây, rất khó để đo được khối lượng chính xác của lỗ đen, và như vậy cũng không xác định được tốc độ bồi tụ. Chỉ nhờ dữ liệu mới của những khảo sát lớn thì các nhà thiên văn mới có thể bắt đầu có được những số liệu mà họ cần tới để kiểm tra giả định của mình.
Hơn thế nữa, nghiên cứu này hé lộ một mối quan hệ dường như ngược lại: "Cái chúng tôi phát hiện ra là chúng (các lỗ đen) càng nuốt ít thì chúng càng biến thiên nhiều," đồng tác giả Paulina Lira ở Đại học Chile và Trung tâm Vật lý thiên văn CATA cho biết. Dưới dạng phát biểu khoa học thì biên độ biến thiên độ sáng tỷ lệ nghịch với tốc độ bồi tụ, hay lượng thức ăn mà lỗ đen nuốt vào trong một khoảng thời gian nhất định.
Nghiên cứu ban đầu này dựa trên thông tin về sự biến thiên có được từ khảo sát QUEST-La Silla trong 5 năm. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đang hướng tới việc nghiên cứu biến thiên của những vật thể này với độ chính xác cao hơn, và họ sẽ cần nhiều dữ liệu hơn cho việc đó. Điều đó có nghĩa là cần quan sát những AGN này trong thời gian dài hơn - tối thiểu là 10 năm. Họ sẽ cần đợi những khảo sát trong tương lai, chẳng hạn như những khảo sát đã được đề xuất cho kính thiên văn khảo sát tổng quát lớn (LSST) đang được dự kiến sẽ hoàn thiện toàn bộ vào năm 2023. Theo Lira, việc đó sẽ cho phép họ mở rộng thời gian quan sát ra tới 20 năm để có được bức tranh chính xác hơn về hành vi của lỗ đen trong khoảng thời gian dài.
Vũ Quang
Theo Astronomy
