Một khi bạn rời khỏi bầu trời rộng lớn của Trái Đất, từ “đám mây” không còn có nghĩa là một cấu trúc mịn màu trắng tạo ra mưa nữa. Thay vào đó, những đám mây trong vũ trụ rộng lớn hơn rất nhiều chính là những khu vực tập hợp vật chất với mật độ lớn hơn nhều so với môi trường xung quanh của chúng.
Các kính thiên văn không gian đã quan sát được những đám mây vũ trụ này trong khu vực lân cận những lỗ đen siêu nặng - những đối tượng bí ẩn có khối lượng tương đương hơn 100.000 lần khối lượng của Mặt Trời mà không một vật thể nào có thể thoát ra khi đã chạm tới chân trời sự kiện của chúng, kể cả ánh sáng. Lỗ đen siêu nặng có mặt ở trung tâm của hầu hết mọi thiên hà, và nó được gọi là “nhân thiên hà hoạt động“ (AGN) nếu nó bồi tụ lượng lớn khí và bụi từ môi trường xung quanh. Loại AGN sáng nhất được gọi là một “quasar”. Trong khi bản thân lỗ đen không thể được quan sát trực tiếp, vùng lân cận của nó tỏa sáng vô cùng rực rỡ bởi vì vật chất bị xé toạc khi tới vừa đủ gần với chân trời sự kiện - giới hạn không gian mà không thể thoát ra một khi đi đã vào.
Tuy nhiên, các lỗ đen thực ra không chỉ hút những thứ nằm quá gần chúng như những máy hút bụi thông thường. Trong khi một số vật chất xung quanh một lỗ đen sẽ bị hút trực tiếp vào và không bao giờ còn được quan sát thấy nữa, thì một số khí gần đó sẽ bị ném ra xa, tạo ra một lớp vỏ bao quanh và ngày càng mở rộng trong hàng ngàn năm. Đó là bởi vì khu vực gần chân trời sự kiện phát ra năng lượng vô cùng lớn; bức xạ năng lượng cao được phát ra từ những hạt di chuyển nhanh xung quanh lỗ đen có thể đẩy một lượng khí đáng kể vào một vùng không gian rộng lớn.
Các nhà khoa học đã trông đợi rằng dòng khí này tuôn chảy một cách mượt mà. Thay vào đó, nó là lại đóng thành cụm, mở rộng vượt ra ngoài 1 parsec (3,3 năm ánh sáng) từ lỗ đen. Mỗi đám mây đều có kích thước nhỏ ban đầu, nhưng có thể mở rộng thành hơn 1 parsec - và thậm chí có thể bao phủ khoảng cách giữa Trái Đất và ngôi sao gần Hệ Mặt Trời nhất là Proxima Centauri.
Nhà vật lý thiên văn Daniel Proga tại Đại học Nevada, Las Vegas (Mỹ) đã ví những cụm khí này với những nhóm xe hơi đang chờ đợi trên đường cao tốc với đèn đỏ được thiết kế để điều chỉnh luồng giao thông. "Cứ một lát bạn lại có một loạt xe," ông nói.
Điều gì giải thích cho sự hiện diện của những khối khí này trong không gian? Proga cùng với các đồng nghiệp có một mô hình máy tính mới trình bày một giải pháp khả thi cho bí ẩn này và nó đã được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters, do nghiên cứu sinh Randall Dannen đứng đầu.
Các nhà khoa học cho thấy sức nóng cực kỳ khủng khiếp khi gần lỗ đen siêu nặng có thể cho phép dòng khí chảy ra xa rất nhanh, nhưng theo cách đó cũng có thể dẫn đến sự hình thành cụm. Nếu khí tăng tốc quá nhanh, nó sẽ không đủ nguội để tạo thành những cụm. Mô hình máy tính đã tính đến các yếu tố này và đề xuất một cơ chế để làm cho khí đi xa, nhưng cũng đồng thời hình thành cụm.
"Gần rìa ngoài của lớp vỏ khí có một sự nhiễu loạn làm cho mật độ khí thấp hơn một chút so với trước đây", Proga nói. "Điều đó làm cho lượng khí này nóng lên rất đáng kể. Khí lạnh tiếp tục bị đẩy ra ngoài bởi điều đó.”
Hiện tượng này có phần giống như cách áp dụng để khinh khí cầu bay lên cao. Khối lượng riêng của khí nóng bên trong khinh khí cầu nhẹ hơn khối lượng riêng của không khí mát hơn bên ngoài, và sự chênh lệch mật độ này làm cho khinh khí cầu bay lên vì không khí di chuyển từ nơi mật độ cao đến nơi có mật độ thấp hơn.
"Nghiên cứu này rất quan trọng vì các nhà thiên văn học luôn cần đặt các đám mây tại một vị trí và vận tốc nhất định để phù hợp với các quan sát mà chúng ta nhìn thấy từ AGN”, Dannen nói. "Họ thường không quan tâm đến các chi tiết cụ thể về cách các đám mây hình thành ở nơi đầu tiên và công việc của chúng tôi đưa ra một lời giải thích khả thi cho sự hình thành của những đám mây này.”
Mô hình này chỉ tập trung quan sát vỏ của khối khí, mà không nhìn vào đĩa vật chất xoay xung quanh lỗ đen đang ăn dần nó. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu kiểm tra xem dòng khí có bắt nguồn từ chính đĩa vật chất này hay không. Họ cũng chú trọng đến việc giải quyết những bí ẩn như tại sao những đám mây di chuyển cực nhanh, vào khoảng 20 triệu dặm một giờ (10.000 km mỗi giây).
Nghiên cứu này giải quyết được một chủ đề vật lý quan trọng của nhân thiên hà hoạt động, và chi phí thực hiện nghiên cứu này đã được hỗ trợ với một khoản trợ cấp từ NASA. Các đồng tác giả là Dannen, Proga, Tim Waters và Sergei Dyda.
Chung Nguyen
Theo Space Daily
