Khi quan sát các tia X phát ra từ một lỗ đen siêu nặng tại trung tâm của một thiên hà cách Trái Đất 800 triệu năm ánh sáng, Dan Wilkins – một nhà vật lý thiên văn tại đại học Stanford – đã chú ý tới một thứ đáng chú ý. Wilkins đã quan sát được một loạt các quầng lửa tia X sáng rực – rất thú vị, nhưng không phải chưa từng thấy – và ngay sau đó, các kính thiên văn đã ghi nhận được một điều gì đó ngoài mong đợi: các tia sáng nhỏ hơn, đang tới từ phía xa và có “màu sắc” khác với những quầng lửa sáng.
Theo lý thuyết, những bức xạ dội ra này phù hợp với các tia X được phản chiếu từ phía sau lỗ đen – nhưng ngay cả những hiểu biết cơ bản về lỗ đen cũng nói cho chúng ta biết rằng ánh sáng không thể phát ra từ nơi kỳ lạ đó.
Wilkins – một nhà khoa học nghiên cứu thuộc Viện Vật lý Hạt Thiên văn và Vũ trụ Kavli (KIPAC) tại Stanford và Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia SLAC – cho biết: “Bất kỳ ánh sáng nào đi vào lỗ đen sẽ không thể thoát ra, do vậy đáng lẽ ra chúng ta không thể thấy bất cứ thứ gì ở phía sau nó.” Tuy nhiên, một đặc điểm kỳ lạ khác của lỗ đen có thể dẫn tới quan sát này. Wilkins giải thích: “Chúng ta có thể thấy được điều đó là do lỗ đen đang bẻ cong không gian, ánh sáng và làm xoắn từ trường quanh nó.”
Phát hiện kỳ lạ này được nêu cụ thể trong một nghiên cứu đăng trên Nature vào ngày 28 tháng 7, đồng thời đây là lần đầu tiên quan sát trực tiếp được luồng ánh sáng phía sau lỗ đen – một kịch bản đã từng được Einstein dự đoán trong thuyết tương đối rộng nhưng chưa được xác nhận cho tới nay.
Đồng tác giả của nghiên cứu là Roger Blandford – hiện giữ chức Giáo sư Luke Blossom thuộc khoa Khoa học và Nhân văn tại đại học Stanford đồng thời là giáo sư ngành Vật lý và Vật lý hạt tại SLAC – cho biết: “Cách đây 50 năm, khi các nhà vật lý thiên văn bắt đầu nghiên cứu cách mà từ trường hoạt động gần một lỗ đen thì họ không hề biết rằng một ngày nào đó có lẽ chúng ta sẽ có những kỹ thuật để quan sát điều này trực tiếp và kiếm chứng thuyết tương đối rộng của Einstein.”
Làm thế nào để thấy được một lỗ đen
Mục đích thực sự đằng sau nghiên cứu này là để hiểu thêm về quầng sáng của lỗ đen – một đặc điểm bí ẩn ở một số lỗ đen nhất định. Vật chất rơi vào một lỗ đen siêu nặng sinh ra những nguồn sáng liên tục mạnh nhất trong vũ trụ, trong quá trình rơi như vậy đã tạo thành quầng sáng. Nguồn sáng này có bản chất là các tia X và người ta đã phân tích điều này để lập bản đồ mô tả lỗ đen.
Lý thuyết hàng đầu về hình dạng quầng sáng của lỗ đen xuất phát từ việc khí nóng lên tới hàng triệu độ khi rơi vào lỗ đen. Tại nhiệt độ đó, các electron tách ra khỏi các nguyên tử tạo thành thể plasma từ hóa. Do bị mắc kẹt trong vòng xoáy của lỗ đen nên từ trường quanh lỗ đen rất mạnh và xoay quanh chính nó nhanh tới nỗi cuối cùng nó bị phá vỡ hoàn toàn – một tình huống làm liên tưởng tới những gì xảy ra quanh Mặt Trời của chúng ta, vì lý do đó mà người ta gọi nó là “corona” (trong tiếng Anh, corona của Mặt Trời là để chỉ nhật hoa của nó).
Wilkins cho biết: “Từ trường này bị xoắn và khép vào gần lỗ đen làm nóng mọi thứ quanh nó, tạo ra các electron năng lượng cao này mà sau đó tiếp tục tạo ra các tia X.”
Khi Wilkins phân tích điều tra nguồn gốc của các quầng sáng thì ông đã thấy một loạt các chớp sáng nhỏ hơn. Các chớp sáng này được các nhà nghiên cứu xác định rằng giống với các quầng tia X nhưng được phản chiếu từ phía sau đĩa bồi tụ - một cái nhìn thoáng qua đầu tiên về phía xa của lỗ đen.
Wilkins cho biết: “Tôi đang xây dựng những dự đoán lý thuyết về cách mà những bức xạ dội lại này tới với chúng ta trong một vài năm. Tôi đã thấy chúng trong lý thuyết mà tôi đang khai triển, do vậy nếu thấy chúng trong các sát bằng kính thiên văn thì tôi có thể tìm ra được sự tương quan giữa chúng.”
Các quan sát trong tương lai
Nhiệm vụ xác định đặc điểm và hiểu rõ các quầng sáng của lỗ đen vẫn đang tiếp tục thực hiện và sẽ cần nhiều quan sát hơn. Trong tương lai một phần có thể kỳ vọng vào đài quan sát tia X của ESA là Athena. Là một thành viên thuộc phòng thí nghiệm của Steve Allen, Wilkins đang giúp đỡ cho việc phát triển một phần của máy phát hiện tạo ảnh phạm vi rộng cho Athena.
Wilkins cho biết: “Nó có gương lớn hơn nhiều so với gương mà chúng tôi từng lắp đặt trên kính thiên văn tia X và nó sẽ cho phép chúng tôi thu được hình ảnh có độ phân giải cao hơn trong những lần quan sát ngắn hơn nhiều. Vì vậy, hình ảnh mà chúng tôi đang bắt đầu thu được từ dữ liệu vào lúc này sẽ trở nên rõ nét hơn với những đài quan sát mới này.”
Các đồng tác giả của nghiên cứu này tới từ Đại học Saint Mary (Canada), Viện Nghiên cứu Vũ trụ Hà Lan (SRON), Đại học Amsterdam và Đại học Bang Pennsylvania.
Hồng Anh
Theo phys.org
