Từ trường có thể đẩy một luồng vật chất và năng lượng khổng lồ ra khỏi lỗ đen. Những hình ảnh đầu tiên về từ trường xung quanh lỗ đen có thể giải thích cách mà lỗ đen bắn ra một luồng năng lượng và vật chất dài hơn 5000 năm ánh sáng vào không gian.
Đây là những hình ảnh mới nhất của lỗ đen đầu tiên từng được công bố ảnh chụp hồi tháng 4 năm 2019, nằm ở trung tâm của Messier 87 - một thiên hà elip khổng lồ cách chúng ta 55 triệu năm ánh sáng. Năm 2017, hợp tác quốc tế của hơn 300 nhà nghiên cứu đã điều phối 11 kính thiên văn vô tuyến trên toàn cầu để quan sát trung tâm của M87 và gọi chung là Kính thiên văn Chân trời sự kiện (EHT). Kết quả được công bố vào năm 2019 là hình ảnh một lỗ đen được bao quanh bởi một vành vật chất phát sáng.
Giờ đây, một phân tích dữ liệu mới cho thấy ánh sáng trong vành sáng đó bị phân cực một phần, có nghĩa là các sóng ánh sáng dao động trong một mặt phẳng duy nhất. Đây là một dấu hiệu của ánh sáng đã đi qua không gian có nhiệt độ cao, bị nhiễm từ và điều đó đồng nghĩa với sự có mặt từ trường ở rìa của lỗ đen.
Trong hai bài báo mới được công bố ngày 24 tháng 3 trên Astrophysical Journal, các nhà khoa học phát hiện ra rằng từ trường có thể đủ mạnh để đẩy vật chất ra phía ngoài thay vì để chúng rơi vào chân trời sự kiện của lỗ đen. Kết quả là một dòng vật chất và năng lượng phóng ra từ lỗ đen trông như một cột sáng.
Jason Dexter, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Colorado, Boulder và là điều phối viên của Nhóm nghiên cứu lý thuyết EHT cho biết: “Nhiều người đã nghiên cứu trong một thời gian dài về cách từ trường hút khí vào lỗ đen rồi phóng chúng ra thật mạnh, và chúng tôi thực sự đã sẵn sàng để bắt đầu kiểm tra những lý thuyết đó trực tiếp với hình ảnh lỗ đen phân cực này”.
Ánh sáng phân cực
Để tạo ra bản đồ từ trường mới, các nhà nghiên cứu đã phải chọn ra sự phân cực từ một tập dữ liệu rất lộn xộn. Ánh sáng phân cực chỉ là một phần của ánh sáng tổng thể xung quanh lỗ đen, được tạo ra bởi vật chất di chuyển rất nhanh và cọ xát với nhau, tạo ra năng lượng và phát sáng. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu phải tách tín hiệu của từ trường đó khỏi các lỗi do bầu khí quyển của Trái Đất gây ra đối với thông tin thu được của 11 kính thiên văn khác nhau và lỗi do các thiết bị đo đạc nội bộ trong các kính thiên văn đó.
Dexter nói với Live Science rằng: “Việc tìm ra những tín hiệu yếu ớt và loại trừ được một mớ lỗi kỹ thuật là một nỗ lực to lớn”.
Ban đầu, nó trông như thể chỉ có 1% đến 3% ánh sáng từ xung quanh lỗ đen bị phân cực. Nhưng khi các nhà nghiên cứu phóng to phần phân cực, họ nhận ra rằng có đến từ 10% đến 20% vòng sáng là phân cực. Dexter cho biết, khi tính trung bình trên tất cả các dữ liệu, ánh sáng phân cực đi theo hướng này sẽ "loại bỏ" ánh sáng phân cực truyền theo hướng ngược lại khiến tỷ lệ ánh sáng phân cực trông có vẻ ít hơn so với thực tế.
Từ tính là kết quả của khí nóng chuyển động xung quanh lỗ đen. Khi các hạt khí mang điện chuyển động, chúng làm tăng cường từ trường. Nhưng các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng không phải tất cả từ trường đều chuyển động theo đường xoắn ốc. Dexter nói: “Chúng tôi không thấy bản đồ và hình ảnh phân cực giống như chúng tôi mong đợi nếu từ trường chỉ xoáy quanh lỗ đen mà không bị kéo theo khí. Trường này phải rất mạnh vì nó có thể chống lại việc bị kéo theo khí khi nó chuyển động quanh lỗ đen".
Thoát khỏi lỗ đen
Các nhà vật lý thiên văn từ lâu đã nghi ngờ rằng các từ trường xung quanh đóng vai trò vừa giúp các lỗ đen phát triển vừa tạo ra vật chất và năng lượng từ các cột bức xạ khổng lồ được phóng ra. Họ đã đo được từ trường bên trong các cột sáng, nhưng đây là lần đầu tiên họ có thể nhìn thẳng vào từ trường ở chân cột. Dexter nói: “Điều quan trọng ở đây là cố gắng hiểu được cấu trúc của từ trường là như thế nào khi nó đến gần lỗ đen”.
Dexter và các đồng nghiệp của ông đã cố gắng khớp các loại trường khác nhau với dữ liệu EHT bằng các mô hình máy tính. Họ nhận thấy rằng các trường phù hợp với dữ liệu của M87 có xu hướng tạo ra các tia bức xạ mạnh. Ông nói: “Có rất nhiều điều chúng ta chưa biết và chúng ta nên thận trọng, nhưng đó là một tín hiệu thú vị chỉ ra rằng có thể từ trường đóng vai trò tích cực trong việc phát triển các lỗ đen và phóng ra các cột bức xạ. Những quan sát trong tương lai về lỗ đen ở trung tâm M87 sẽ giúp giải quyết bí ẩn này, vì bất kỳ biến động nào theo thời gian sẽ cho phép các nhà nghiên cứu xây dựng bản đồ chi tiết hơn về từ trường. Quan sát nhiều hơn cũng sẽ giúp họ loại bỏ các biến dạng khỏi dữ liệu, cung cấp một bức tranh rõ ràng hơn. Cũng không có lý do gì khiến EHT không thể được sử dụng nghiên cứu trên lỗ đen ở trung tâm thiên hà Milky Way của chúng ta. Đó là một kết quả rất thú vị khi tìm hiểu thêm về hình ảnh lỗ đen này và các tính chất vật lý đằng sau nó. Đây chỉ mới là bắt đầu”.
Minh Phương
Theo Live Science
Tham khảo thêm:
Vật chất đi đâu sau khi đi vào lỗ đen
