Hình ảnh do nghệ sĩ phác họa về khu vực xung quanh hố đen siêu khối lượng M87*. Tuy nhiên, các luồng khí siêu nóng, cuộn xoáy xung quanh những hố đen này trải rộng hơn nhiều so với hình ảnh minh họa này. Hai nghiên cứu mới cung cấp cho chúng ta những hiểu biết mới về các vùng xung quanh những hố đen này và cách chúng ảnh hưởng đến các thiên hà xung quanh. Ảnh (minh họa bởi S. Dagnello): news.uchicago.edu
Mới đây, một nhóm các nhà khoa học dẫn đầu bởi Đại học Chicago (Mỹ), sử dụng dữ liệu từ vệ tinh XRISM, đã hé lộ sự thật về những đám khí sục sôi bao quanh các siêu hố đen, ví chúng như những "mắt bão" khổng lồ đang điều khiển số phận của cả thiên hà.
Những phát hiện mang tính đột phá này vừa được công bố trên hai tạp chí khoa học danh tiếng là Nature và The Astrophysical Journal. Annie Heinrich, nghiên cứu sinh tại Đại học Chicago và là đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết đây là lần đầu tiên giới khoa học có thể đo trực tiếp động năng của khí bị khuấy động bởi hố đen. Bà ví von rằng mỗi siêu hố đen dường như đang nằm ngay trong "mắt bão" của chính nó.
Dữ liệu quý giá này đến từ XRISM - một vệ tinh được phóng vào năm 2023 bởi Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) phối hợp với NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu. Khác với các thiết bị trước đây chỉ cung cấp những bức ảnh tĩnh, XRISM có khả năng độc đáo là theo dõi chuyển động và đọc thành phần hóa học của các đám khí cực nóng phát ra tia X. Nhờ đó, các nhà thiên văn học có thể phân biệt rạch ròi giữa chuyển động của khí do hố đen thúc đẩy và chuyển động do các quá trình vũ trụ khác tạo ra, điều mà trước đây được xem là bất khả thi.
Siêu hố đen không chỉ hấp dẫn vì kích thước khổng lồ mà còn bởi chúng là những "kẻ phàm ăn". Khi các ngôi sao và khí bị hút về phía chân trời sự kiện, hố đen phóng ra các luồng hạt năng lượng với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Những luồng này khuấy đảo khí và bơm một lượng năng lượng khổng lồ vào khu vực xung quanh, lan rộng tới hàng trăm nghìn năm ánh sáng. Trước khi có XRISM, các nhà khoa học chỉ như nhìn thấy một bức ảnh chụp cơn bão, nhưng giờ đây họ đã có thể đo được chính xác tốc độ gió của cơn lốc xoáy đó.
Nhóm nghiên cứu đã tập trung quan sát Cụm thiên hà Xử Nữ (Virgo Cluster), nơi cư ngụ của siêu hố đen nổi tiếng M87*. Nhờ khoảng cách tương đối gần Trái Đất, vệ tinh đã ghi nhận được sự nhiễu loạn mạnh nhất từng được đo lường trong một cụm thiên hà tại đây. Vận tốc của các dòng khí đạt mức cao nhất ở ngay gần hố đen và giảm rất nhanh khi ra xa. Những chuyển động dữ dội này được xác định là sự kết hợp của các xoáy nhiễu loạn và sóng xung kích từ khí thoát ra, tất cả đều là sản phẩm trực tiếp từ hoạt động của hố đen.
Bên cạnh đó, khi quan sát Cụm thiên hà Anh Tiên (Perseus Cluster) - cụm thiên hà sáng nhất trên bầu trời quan sát được bằng tia X - các nhà khoa học cũng thấy rõ sự gia tăng vận tốc do hố đen cung cấp, tách biệt hoàn toàn với các chuyển động quy mô lớn do việc sáp nhập thiên hà gây ra.
Nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở việc mô tả hiện tượng mà còn cung cấp manh mối quan trọng cho một bí ẩn thiên văn học lâu nay: Tại sao trung tâm các cụm thiên hà lớn lại có ít sao mới hơn dự kiến? Dữ liệu mới cho thấy năng lượng từ các chuyển động hỗn loạn của khí, nếu được chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt, sẽ vừa đủ để chống lại quá trình làm lạnh nhanh của khí. Trong khi đó, khí cần phải lạnh đi thì các ngôi sao mới có thể hình thành. Như vậy, chính sự nhiễu loạn do hố đen tạo ra đã ngăn cản sự ra đời của các ngôi sao mới.
Irina Zhuravleva, Phó giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại Đại học Chicago, nhận định rằng những kết quả này đang đưa nhân loại đến gần hơn bao giờ hết việc giải mã mối quan hệ phức tạp giữa hố đen và thiên hà chứa hố đen. Sự nhiễu loạn hóa ra là một thành phần thiết yếu trong quá trình trao đổi năng lượng giữa siêu hố đen và môi trường vũ trụ bao la.