Thiên Hà chứa lỗ đen “H”

Với một chữ cái duy nhất dường như được khắc trong ánh sáng tia X xung quanh nó, một lỗ đen khổng lồ ở trung tâm của một thiên hà hình elip khổng lồ đang tạo ra một dấu ấn trên môi trường xung quanh nó.

Cấu trúc hình chữ “H” này được tìm thấy trong bản đồ tia X mới chi tiết về chất khí nhiều triệu độ xung quanh thiên hà Messier 84 (M84).

Credits: X-ray: NASA/CXC/Princeton Univ/C. Bambic et al.; Optical: SDSS; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO; Image processing: NASA/CXC/SAO/N.Wolk

Khi một lượng khí bị thu hút bởi lực hấp dẫn của lỗ đen, một phần của nó sẽ chìm sâu vào trong lỗ đen và không bao giờ xuất hiện trở lại. Tuy nhiên, một số chất khí may mắn tránh được số phận đó và bị thổi ra khỏi lỗ đen dưới dạng tia hạt. Các tia này có thể đẩy các vùng trống ra ngoài, trong một môi trường khí nóng bao quanh lỗ đen. Các vùng trống trong thiên hà M84 có cấu trúc hình chữ “H”, là một ví dụ về hiện tượng pareidolia – khi con người nhìn thấy các hình dạng hoặc mẫu quen thuộc trong dữ liệu ngẫu nhiên. Pareidolia có thể xảy ra trong tất cả các loại dữ liệu từ mây đến đá và hình ảnh thiên văn.

Các nhà khoa học sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA để xác định vị trí và đặc tính của khí nóng (màu hồng) trong và xung quanh thiên hà M84, khoảng cách đến lỗ đen trung tâm khoảng 100 năm ánh sáng. Khí nóng này bức xạ ở nhiệt độ hàng chục triệu độ, nên chủ yếu chỉ có thể quan sát bằng tia X. Hình ảnh của vùng trống hình chữ “H” rộng khoảng 40.000 năm ánh sáng – tương đương với một nửa chiều rộng của Dải Ngân hà. Hình ảnh vô tuyến từ Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) của Quỹ Khoa học Quốc gia (màu xanh lam) cho thấy các tia khí được thổi ra từ lỗ đen. Dữ liệu quang học từ Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (màu trắng) cho thấy thiên hà M84 và các thiên hà lân cận. Các vùng trống hình chữ “H” và vị trí của lỗ đen đã được xác định.

Credits: X-ray: NASA/CXC/Princeton Univ/C. Bambic et al.; Optical: SDSS; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO; Image processing: NASA/CXC/SAO/N.Wol

Các nhà nghiên cứu của M84, kết hợp với Chandra và VLA, đã tiến hành một nghiên cứu mới và đưa ra phát hiện rằng dòng khí nóng có thể gây ảnh hưởng đến dòng khí nóng đang trôi về phía lỗ đen, thậm chí có thể nhiều hơn lực hấp dẫn của lỗ đen. Theo ví dụ, nhóm nghiên cứu đã ước tính vật chất đang rơi vào lỗ đen từ phía bắc, theo hướng của dòng tia nhìn thấy trong sóng vô tuyến, với khối lượng khoảng 500 lần khối lượng Trái đất mỗi năm, tỷ lệ chỉ bằng một phần tư so với khối lượng của Trái đất. Các hướng không chỉ phương đông và phương tây, mà còn có khả năng khí được đẩy lên dọc theo hướng của dòng tia, làm chậm tốc độ khí rơi vào lỗ đen.

Để kiểm tra giả thuyết về sự bồi tụ Bondi, các tác giả đã thử nghiệm mô hình này. Mô hình này mô tả tất cả vật chất trong một khoảng cách nhất định từ lỗ đen, bên trong một quả cầu đủ gần để bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn của lỗ đen và bắt đầu rơi vào bên trong với tốc độ như nhau từ mọi hướng. (Vòng tròn nét đứt trong hình ảnh cận cảnh cho biết khoảng cách gần đúng từ lỗ đen nơi khí sẽ bắt đầu rơi vào bên trong.) Hiệu ứng này được đặt theo tên của nhà khoa học Hermann Bondi, và “sự bồi tụ” đề cập đến vật chất rơi về phía lỗ đen.

Tuy nhiên, các kết quả mới cho thấy sự bồi tụ Bondi không xảy ra trong M84. Vật chất không rơi xuống lỗ đen một cách đồng đều từ mọi hướng, và do đó không đáp ứng với giả thuyết này.

M84 và M87 là hai thành viên trong cụm Xử Nữ, trong đó M87 là thiên hà đầu tiên được chụp ảnh lỗ đen bởi mạng lưới Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện toàn cầu. M84 cũng chứa một lỗ đen siêu lớn, cùng với M87, NGC 3115 và NGC 1600, là những lỗ đen duy nhất đủ gần và lớn để quan sát được chi tiết ở vùng đen mà khí phải rơi vào bên trong. Lỗ đen của M84 cũng đang tạo ra một dòng hạt. Tuy nhiên, nguồn điểm của tia X từ vật chất gần lỗ đen trong M84 mờ hơn mười lần so với M87. Điều này cho phép các nhà khoa học nghiên cứu chi tiết hơn về chất khí rơi vào lỗ đen ở xa hơn, giúp tia X mờ nhạt do chất khí này tạo ra không bị lấn át bởi tia X chói lóa từ nguồn điểm.

Các kết quả của nghiên cứu đã được công bố trong bài báo của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia. Christopher Bambic, một sinh viên tốt nghiệp tại Đại học Princeton, đã lãnh đạo nghiên cứu này, cùng với sự hợp tác của Helen Russell (Đại học Nottingham, Vương quốc Anh), Christopher Reynolds (Viện Thiên văn học, Cambridge, Vương quốc Anh; Đại học Maryland, College Park), Andy Fabian (Viện Thiên văn học), Brian McNamara (Đại học Waterloo, Canada; Trung tâm Vật lý thiên văn Waterloo, Canada) và Paul Nulsen (Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard & Smithsonian). Bản in của bài báo có sẵn tại đây.

Trung tâm Chuyến bay Không gian Marshall của NASA quản lý chương trình Chandra. Trung tâm tia X Chandra của Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian kiểm soát các hoạt động khoa học từ Cambridge, Massachusetts và các hoạt động bay từ Burlington, Massachusetts.

Add Comment