Các nhà khoa học vừa lần đầu tiên định lượng được năng lượng phát ra từ hố đen đầu tiên từng được loài người phát hiện, tiết lộ một hiện tượng ngoạn mục: những “tia vật chất nhảy múa” (dancing jets) sáng rực như hàng nghìn Mặt Trời và lao đi với tốc độ lên tới 335 triệu dặm mỗi giờ, tương đương một nửa vận tốc ánh sáng.
Phát hiện này được công bố trong tạp chí khoa học uy tín Nature Astronomy, mở ra cái nhìn sâu sắc hơn về một trong những hiện tượng năng lượng mạnh mẽ nhất vũ trụ.
Tác giả chính của nghiên cứu, nhà thiên văn học vô tuyến Steve Prabu thuộc Đại học Oxford, nhận định rằng những tia vật chất này nằm trong số các hiện tượng giàu năng lượng nhất từng được biết đến trong vũ trụ.
Hố đen được đề cập mang tên Cygnus X-1, lần đầu được phát hiện cách đây khoảng 60 năm, vào thời điểm mà giới khoa học vẫn chưa hoàn toàn chắc chắn về sự tồn tại của hố đen.
Nằm cách Trái Đất khoảng 7.000 năm ánh sáng trong chòm sao Thiên Nga, Cygnus X-1 từ lâu đã trở thành một “phòng thí nghiệm tự nhiên” để nghiên cứu vật lý cực đoan.
“Cỗ máy năng lượng” khổng lồ và bước đột phá đo lường
Cygnus X-1 có khối lượng lớn gấp khoảng 21 lần Mặt Trời và tồn tại trong một hệ sao đôi với ngôi sao đồng hành mang tên HDE 226868, có kích thước gần gấp đôi Mặt Trời.
Hai thiên thể này quay quanh nhau với chu kỳ chỉ 5,6 ngày, tạo nên một điệu “vũ trụ xoắn ốc” đầy kịch tính.
Giống như nhiều hố đen khác, Cygnus X-1 không chỉ “nuốt chửng” vật chất mà còn phóng ra hai tia plasma cực mạnh theo hai hướng ngược nhau.
Những tia này được hình thành từ đĩa bồi tụ – một cấu trúc xoáy gồm khí, bụi và vật chất khác quay với tốc độ cực lớn quanh hố đen, phát sáng dữ dội trước khi bị xé toạc và hút vào.
Từ trường cực mạnh của hố đen đóng vai trò “máy phóng”, đẩy các dòng plasma này ra ngoài không gian với tốc độ khủng khiếp, tạo thành một trong những hiện tượng ngoạn mục nhất vũ trụ.
Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học gặp khó khăn trong việc đo chính xác năng lượng của các tia này do chúng liên tục thay đổi vị trí và hướng đi.
Tuy nhiên, nhờ mối quan hệ đặc biệt giữa Cygnus X-1 và ngôi sao đồng hành HDE 226868, các nhà nghiên cứu đã tìm ra lời giải.
Ngôi sao này liên tục thổi ra các luồng gió sao chứa đầy hạt tích điện, va chạm với các tia plasma từ hố đen, khiến chúng bị uốn cong và dao động. Hiện tượng này được ví như “nhảy múa”, bởi các tia không còn đi thẳng mà lắc lư theo thời gian.
Chính sự “nhảy múa” này từng khiến việc theo dõi trở nên cực kỳ khó khăn. Nhưng bằng cách kết hợp dữ liệu từ nhiều kính thiên văn vô tuyến trên khắp thế giới, nhóm nghiên cứu đã tái dựng được hình ảnh chi tiết hơn về chuyển động của các tia.
Kết quả cho thấy các tia plasma của Cygnus X-1 đạt vận tốc xấp xỉ một nửa tốc độ ánh sáng và phát ra năng lượng tương đương độ sáng của khoảng 10.000 Mặt Trời, một con số gây kinh ngạc ngay cả với các nhà thiên văn kỳ cựu.
Giải mã “chế độ ăn” của hố đen
Việc đo lường được năng lượng của các tia này không chỉ là một thành tựu kỹ thuật, mà còn giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách hố đen “ăn” và phát triển.
Theo nghiên cứu, khoảng 10% năng lượng sinh ra từ vật chất rơi vào hố đen không bị nuốt trọn, mà được chuyển hóa thành năng lượng của các tia plasma phóng ra ngoài. Đây là lần đầu tiên tỷ lệ này được xác định một cách đáng tin cậy.
Trước đây, các nhà khoa học chỉ có thể ước tính tốc độ “tiêu thụ” của hố đen thông qua tia X phát ra từ vật chất rơi vào. Nhưng họ không biết chính xác bao nhiêu năng lượng bị “đẩy ngược” ra không gian.
Nay, việc kết hợp cả hai nguồn dữ liệu đã cho phép họ tính toán “ngân sách năng lượng” hoàn chỉnh của một hố đen.
Giáo sư James Miller-Jones từ Đại học Curtin ví von quá trình này giống như “đếm lượng calo, nhưng dành cho hố đen”, một cách diễn đạt đơn giản nhưng phản ánh đúng bản chất của nghiên cứu.
Ý nghĩa của phát hiện không chỉ dừng lại ở việc hiểu rõ một hố đen riêng lẻ. Ở quy mô lớn hơn, các tia plasma này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc định hình cấu trúc của vũ trụ.
Khi vật chất rơi vào hố đen, một phần góp phần làm tăng khối lượng của nó. Nhưng một phần đáng kể lại bị đẩy ra ngoài dưới dạng các tia năng lượng cao, bơm năng lượng trở lại môi trường xung quanh.
Quá trình này có thể ảnh hưởng đến sự hình thành sao, sự phân bố vật chất và thậm chí là sự tiến hóa của cả thiên hà.
Đối với các hố đen siêu khối lượng nằm ở trung tâm các thiên hà, những tia này còn có khả năng “điêu khắc” cấu trúc thiên hà chủ và tác động đến các cấu trúc vũ trụ lớn hơn nữa.
Phát hiện về “những tia nhảy múa” của Cygnus X-1 không chỉ giải mã một bí ẩn kéo dài hàng thập kỷ, mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới về cách năng lượng được tạo ra và phân phối trong vũ trụ.
Trong bối cảnh các kính thiên văn thế hệ mới đang ngày càng mạnh mẽ, giới khoa học kỳ vọng rằng những nghiên cứu tương tự sẽ tiếp tục làm sáng tỏ vai trò của hố đen, không chỉ là “kẻ nuốt chửng” mà còn là “nguồn phát năng lượng” có ảnh hưởng sâu rộng đến toàn bộ vũ trụ.
(Theo NY Post, SciTechDaily)
