Một nhóm các nhà thiên văn học Anh báo cáo việc lần đầu tiên phát hiện vật chất rơi vào lỗ đen với vận tốc bằng 30% vận tốc ánh sáng, ở thiên hà PG211+143 cách chúng ta hơn 1 tỷ năm ánh sáng. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Ken Pounds ở Đại học Leicester đã sử dụng dữ liệu từ Đài quan sát tia X XMM-Newton của ESA để quan sát lỗ đen. Kết quả của họ đã được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Thông báo hàng tháng của Hội thiên văn học Hoàng gia).
Các lỗ đen là những vật thể với trường hấp dẫn mạnh tới nỗi ngay cả ánh sáng cũng không đủ nhanh để thoát khỏi chúng - vì thế nên chúng mới được gọi là "đen". Chúng có vai trò rất quan trọng trong thiên văn học vì chúng cho thấy một cách hiệu quả nhất của sự chuyển hóa vật chất thành năng lượng. Khí được bồi tụ vào lỗ đen dẫn tới kết quả trực tiếp là một hiện tượng giàu năng lượng nhất trong Vũ trụ.
Trung tâm của hầu hết các thiên hà - như Milky Way của chúng ta - có một thứ được gọi là lỗ đen siêu nặng với khối lượng từ hàng triệu tới hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Với đủ vật chất rơi vào lỗ đen, chúng có thể trở nên cực kỳ sáng và được quan sát thấy dưới dạng các quasar hoặc nhân thiên hà hoạt động (AGN).
Tuy nhiên, các lỗ đen được nén quá chặt nên hầu hết khí không rơi trực tiếp vào trong nó. Thay vì thế khí chuyển động quanh lỗ đen, áp sát dần vào nó thông qua một đĩa bồi tụ, chuyển động xoáy dần vào trong. Khi khí chuyển động xoắn vào phía trong như vậy, vận tốc của nó tăng dần và trở nên nóng và sáng, chuyển hóa năng lượng hấp dẫn thành bức xạ mà các nhà thiên văn học quan sát được.
Quỹ đạo của khí quanh lỗ đen thường được coi là song song với sự quay của chính lỗ đen, nhưng không có lý do nào thuyết phục cho việc này. Trên thực tế, lý do mà chúng ta có mùa đông và mùa hè là sự tự quay của Trái Đất không song song với quỹ đạo hàng năm của nó quanh Mặt Trời.
Cho tới nay, các nhà khoa học vẫn chưa rõ cách mà sự quay này tác động lên khí rơi vào lỗ đen. Việc này rất quan trọng đối với sự nuốt vật chất của các lỗ đen siêu nặng khi mà vật chất gồm các đám mây khí liên sao hay thậm chí cả những ngôi sao có thể rơi vào đó từ mọi hướng.
Sử dụng dữ liệu từ XMM-Newton, Pounds và các cộng sự của ông đã theo dõi quang phổ tia X từ thiên hà PG211-143. Thiên hà này nằm cách chúng ta hơn 1 tỷ năm ánh sáng, ở vị trí của chòm sao Coma Berenices và là một thiên hà Seyfert đặc trưng bởi một AGN rất sáng - kết quả từ sự có mặt của một lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của nó.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy quang phổ của thiên hà này có dịch chuyển đỏ mạnh, cho thấy vật chất rơi vào lỗ đen với vận tốc rất lớn, đạt tới 30% vận tốc ánh sáng, tức là khoảng 100.000 km/s. Khí gần như không quay quanh lỗ đen và được xác định ở vị trí chỉ cách lỗ đen khoảng 20 lần kích thước của nó (kích thước của lỗ đen là kích thước của chân trời sự kiện - giới hạn của vùng không gian mà đi qua đó thì không gì có thể thoát ra).
Quan sát này khớp rất gần với nghiên cứu lý thuyết gần đây cũng được thực hiện ở Leicester và sử dụng cơ quan siêu máy tính Dirac của Anh để mô phỏng sự xé rách của đĩa bồi tụ có vòng quay không song song với lỗ đen. Công việc này đã cho thấy các vành khí có thể tách ra và va chạm với nhau, qua đó tự hủy sự quay và khiến cho khí rơi trực tiếp vào lỗ đen.
Giáo sư Pounds cho biết: "Thiên hà mà chúng tôi quan sát bằng XMM-Newton có một lỗ đen với khối lượng khoảng 40 triệu lần Mặt Trời rất sáng. Chính xác là 15 năm trước chúng tôi đã xác định được một luồng gió mạnh cho thấy lỗ đen đang nuốt vật chất. Mặc dù những luồng gió như vậy ngày nay đã được thấy ở nhiều thiên hà hoạt động, PG1211+143 đã có một cái "đầu tiên" khác với việc phát hiện ra vật chất rơi trực tiếp vào lỗ đen."
Ông nói tiếp: "Chúng tôi đã theo dõi được một đám vật chất cỡ Trái Đất rơi vào lỗ đen trong khoảng 1 ngày, được gia tốc lên tới 1/3 vận tốc ánh sáng và bị nuốt chửng bởi lỗ đen."
Một ý nghĩa xa hơn của nghiên cứu mới này là sự "gia tốc hỗn loạn" từ đĩa quay không song song dường như là phổ biến ở các lỗ đen siêu nặng. Những lỗ đen như vậy quay khá chậm, có thể nhận nhiều khí hơn và tăng khối lượng nhanh hơn so với dự đoán ban đầu, việc đó mang lại lời giải thích cho việc tại sao các lỗ đen hình thành trong giai đoạn đầu của vũ trụ đã tăng khối lượng rất nhanh.
Vũ Quang
Theo Science Daily
