Nếu các lỗ đen còn chưa đủ bí ẩn với bạn, thì nhờ kính thiên văn không gian Hubble, các nhà thiên văn học vừa có một phát hiện đầy bất ngờ về một đĩa vật chất mỏng chuyển động xoáy một cách điên cuồng quanh một lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của thiên hà xoắn NGC 3147, cách chúng ta khoảng 130 triệu năm ánh sáng.
Vấn đề đáng nói ở đây là đĩa này theo lý thuyết thì lẽ ra không thể tồn tại ở đó. Tuy nhiên, sự có mặt của một đĩa gần lỗ đen như vậy cũng đồng thời mang lại một cơ hội độc đáo để kiểm chứng thuyết tương đối của Albert Einstein. Thuyết tương đối rộng mô tả hấp dẫn là độ cong của không gian, còn thuyết tương đối hẹp mô tả mối quan hệ giữa không gian và thời gian.
"Chúng tôi chưa từng thấy hiệu ứng đồng thời của cả thuyết tương đối rộng và hẹp ở ánh sáng biểu kiến rõ ràng tới mức này," thành viên nhóm nghiên cứu là Marco Chiaberge ở ESA và Viện khoa học kính thiên văn không gian của Đại học John Hopkins cho biết.
"Đây là một cái nhìn thú vị vào đĩa vật chất rất gần một lỗ đen, gần tới mức các vận tốc và cường độ của lực hấp dẫn gây ảnh hưởng tới hình dạng của các photon ánh sáng," theo Stefano Bianchi ở Đại học Roma Tre (Rome, Italia) - tác giả chính của nghiên cứu. "Chúng tôi không thể hiểu được dữ liệu cho tới khi đưa vào các thuyết tương đối."
Các lỗ đen ở một số loại thiên hà nhất định như NGC 3147 bị "bỏ đói" bởi không có đủ vật chất để nuôi chúng so với các lỗ đen siêu nặng thông thường. Vì thế, khí mỏng bao quanh lớp vật chất rơi vào lỗ đen có dạng phồng lên xung quanh như một chiếc bánh donut thay vì trải phẳng ra phía ngoài như đĩa thông thường. Do đó, rất khó hiểu khi mà có một đĩa mỏng quay quanh lỗ đen ở NGC 3147, rất giống với đĩa được tìm thấy ở những thiên hà hoạt động mạnh hơn nhiều với lỗ đen nuốt vật chất dữ dội hơn nhiều.
"Chúng tôi nghĩ rằng đây là ứng cử viên tốt nhất để xác nhận rằng dưới những độ chói nhất định, đĩa bồi tụ không tồn tại nữa," Ari Laor ở Viện công nghệ Technion-Israel đặt tại Haifa, Israel cho biết. "Điều mà chúng toi thấy là một thứ hoàn toàn bất ngờ. Chúng tôi tìm thấy khí đang chuyển động tạo thành những dạng mà chúng tôi chỉ có thể giải thích là do vật chất quay trong một đĩa mỏng ở rất gần lỗ đen."
Ban đầu, các nhà thiên văn học chọn thiên hà này để xác nhận các mô hình về thiên hà hoạt động với độ chói thấp - những thiên hà mà lỗ đen siêu nặng của chúng có rất ít vật chất để ăn. Các mô hình dự đoán rằng một đĩa bồi tụ hình thành khi lượng khí dồi dào bị giam lại bởi hấp dẫn rất mạnh của lỗ đen. Vật chất rơi vào lỗ đen phát ra ánh sáng rất mạnh, tạo thành một ngọn đèn rất sáng trong vũ trụ mà các nhà thiên văn gọi là quasar - trường hợp xảy ra hầu hết ở các lỗ đen siêu nặng có nhiều vật chất để hút vào. Khi mà vật chất bị kéo vào đĩa ít đi, nó sẽ bắt đầu mờ đi và biến đổi cấu trúc.
"Loại đĩa mà chúng tôi thấy là một quasar nhỏ mà chúng tôi không nghĩ rằng có tồn tại," Bianchi nói. "Nó cùng loại với đĩa mà chúng tôi thấy ở những nơi sáng gấp 1.000 hay thậm chí 100.000 lần như thế. Các dự đoán của những mô hình hiện nay về động lực học của khí trong các thiên hà hoạt động rất ít như vậy rõ ràng đã thất bại."
Theo thuyết tương đối của Einstein thì khi đĩa khí chìm sâu trong trường hấp dẫn cực mạnh của lỗ đen thì ánh sáng từ đĩa bị uốn cong, điều đó mang lại cho các nhà thiên văn học một cái nhìn độc đáo vào các quá trình động lực ở gần lỗ đen.
Hubble đã theo dõi vật chất chuyển động xoáy quanh các lỗ đen với vận tốc 10% vận tốc ánh sáng. Ở vận tốc cực lớn này, khí được quan sát thấy sáng hơn khi nó di chuyển theo chiều hướng về Trái Đất và mờ hơn ở bên có hướng đi ra xa. Các quan sát của Hubble cũng cho thấy ánh sáng phát ra từ khí bị cuốn vào lỗ đen, bước sóng bị kéo giãn tới bước sóng đỏ hơn. Khối lượng của lỗ đen này khoảng 250 triệu lần Mặt Trời.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy quang phổ hình ảnh STIS của kính thiên văn không gian Hubble để quan sát vật chất chuyển động xoáy sâu trong đĩa. Một máy quang phổ là một thiết bị có thể phân tách ánh sáng tới từ một vật thể thành các thành phần bước sóng riêng biệt để xác định được vận tốc, nhiệt độ và các đặc điểm khác của vật thể với độ chính xác rất cao. Các nhà thiên văn học cần tới độ phân giải sắc nét của STIS để tách ánh sáng vốn rất mờ từ khu vực của lỗ đen và chặn ánh sáng đến từ các sao khác.
"Không có Hubble, chúng tôi sẽ không thể nhìn thấy điều này vì khu vực lỗ đen có độ chói rất thấp," Chiaberge nói. "Độ chói của các ngôi sao trong thiên hà làm lóa mọi thứ ở vùng trung tâm của nó. Vậy nên nếu bạn quan sát nó từ mặt đất, bạn sẽ bị lấp bởi độ sáng của các sao."
Nhóm nghiên cứu hi vọng sẽ tiếp tục dùng Hubble để tìm kiếm những đĩa rất nhỏ như vậy quanh các lỗ đen ít hoạt động trong các thiên hà tương tự.
Bài báo công bố phát hiện của họ đã được đăng mới đây trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Các báo cáo hàng tháng của Hội thiên văn học Hoàng Gia).
R.T
Theo Science Daily
Tham khảo thêm bài: Lỗ đen, lỗ trắng và lỗ sâu.
