Lỗ đen siêu nặng ở trung tâm thiên hà Milky Way đang quay nhanh đến mức nó làm biến dạng không - thời gian xung quanh thành hình dạng như một quả bóng bầu dục, theo một nghiên cứu mới sử dụng dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA và Đài quan sát Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) của Quỹ Khoa học Quốc gia (Mỹ).
Các nhà thiên văn học gọi lỗ đen khổng lồ này là Sagittarius A* (viết tắt là Sgr A*), nằm cách Trái Đất khoảng 26,000 năm ánh sáng, ở trung tâm thiên hà của chúng ta.
Lỗ đen có hai tính chất cơ bản: khối lượng (chúng nặng bao nhiêu) và tốc độ quay (chúng quay nhanh như thế nào). Xác định bất kỳ giá trị nào trong hai giá trị này sẽ cho các nhà khoa học biết rất nhiều về bất kỳ lỗ đen nào và cách mà nó hoạt động.
Một nhóm các nhà nghiên cứu đã áp dụng một phương pháp mới sử dụng dữ liệu tia X và vô tuyến để xác định tốc độ quay của Sgr A* dựa trên cách vật chất bị cuốn về phía lỗ đen cũng như bị đẩy ra khỏi nó. Họ phát hiện ra rằng Sgr A* đang quay với vận tốc góc khoảng 60% giá trị tối đa có thể, một giới hạn được tính ra dựa trên việc mọi dạng vật chất không thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng.
Trước đây, các nhà thiên văn học khác đã đưa ra một số ước tính khác nhau về tốc độ quay của Sgr A* bằng việc sử dụng các kỹ thuật khác nhau, với kết quả dao động từ việc Sgr A* không quay chút nào đến việc nó quay ở gần tốc độ tối đa.
"Nghiên cứu của chúng tôi có thể giúp giải quyết câu hỏi về tốc độ quay của lỗ đen siêu nặng trong thiên hà của chúng ta," Ruth Daly ở Đại học Penn State, tác giả chính của nghiên cứu mới, nói. "Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng Sgr A* đang quay rất nhanh, điều này thật thú vị và mở ra nhiều vấn đề xa hơn."
Video minh họa của đài quan sát Chandra.
Một lỗ đen quay kéo theo không thời gian và vật chất xung quanh nó. Không thời gian xung quanh lỗ đen quay cũng bị nén xuống. Nếu nhìn xuống lỗ đen từ phía trên, theo hướng của bất kỳ dòng khí nào mà nó tạo ra, không thời gian có dạng tròn. Tuy nhiên, khi nhìn lỗ đen quay từ mặt bên, không thời gian có hình dạng giống như một quả bóng bầu dục. Tốc độ quay càng nhanh, quả bóng đá bị kéo giãn.
Tốc độ quay của lỗ đen có thể hoạt động như một nguồn năng lượng quan trọng. Lỗ đen siêu nặng quay có thể tạo ra những dòng khí tập trung, tức là những dòng vật chất hẹp như được phóng ra từ hai cực của nó.
Do lượng vật chất hữu hạn xung quanh Sgr A*, lỗ đen này đã tương đối yên tĩnh trong vài nghìn năm qua, với chủ yếu là những dòng khá yếu. Tuy nhiên, nghiên cứu mới cho thấy điều này có thể thay đổi nếu lượng vật chất ở gần Sgr A* tăng lên.
"Một lỗ đen quay giống như một tên lửa trên bệ phóng," Biny Sebastian, đồng tác giả từ Đại học Manitoba ở Winnipeg, Canada, nói. "Một vật chất tiếp cận đủ gần, giống như ai đó đã nạp nhiên liệu cho tên lửa và nhấn nút 'phóng'."
Điều này có nghĩa là trong tương lai, nếu tính chất của vật chất và độ lớn của từ trường gần lỗ đen thay đổi, một phần năng lượng khổng lồ của tốc độ quay lỗ đen có thể khiến các dòng vật chất trở nên mạnh mẽ hơn. Nguồn vật chất này có thể đến từ khí hoặc từ tàn dư của một ngôi sao bị lỗ đen hút vào nếu ngôi sao đó đi quá gần Sgr A*.
"Các dòng vật chất được cung cấp năng lượng và tập trung bởi lỗ đen quay ở trung tâm của một thiên hà có thể ảnh hưởng lớn tới nguồn cung cấp khí cho toàn bộ thiên hà, ảnh hưởng đến tốc độ và thậm chí là khả năng hình thành sao," đồng tác giả Megan Donahue từ Đại học bang Michigan cho biết. "Những 'bong bóng Fermi' được thấy ở dải tia X và tia gamma xung quanh lỗ đen Milky Way của chúng ta cho thấy lỗ đen này có lẽ đã hoạt động mạnh trong quá khứ. Đo tốc độ quay của lỗ đen là một bài kiểm tra quan trọng cho kịch bản này."
Để xác định tốc độ quay của Sgr A*, các tác giả đã sử dụng một phương pháp lý thuyết dựa trên thực nghiệm được gọi là "phương pháp dòng chảy" trong đó chi tiết hóa mối quan hệ giữa tốc độ quay của lỗ đen và khối lượng của nó, tính chất của vật chất gần lỗ đen, và tính chất của các dòng vật chất.
Các dòng tập trung tạo ra sóng vô tuyến, trong khi đĩa khí xung quanh lỗ đen là nguồn gốc của phát xạ tia X. Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã kết hợp dữ liệu từ Chandra và VLA cùng ước tính độc lập về khối lượng của lỗ đen từ các kính thiên văn khác để xác định khoảng phạm vi tốc độ quay của lỗ đen.
"Chúng ta có được cái nhìn rõ nét về Sgr A* vì đó là lỗ đen siêu nặng gần chúng ta nhất," đồng tác giả Anan Lu từ Đại học McGill ở Montreal, Canada, nói. "Mặc dù nó đang yên tĩnh vào lúc này, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy trong tương lai, nó sẽ gây tác động rất mạnh vào vật chất xung quanh. Điều đó có thể xảy ra sau một nghìn hoặc một triệu năm nữa, hoặc nó có thể xảy ra ngay trong cuộc đời của chúng ta."
Nghiên cứu đã được công bố trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Báo cáo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn học Hoàng gia (Anh)).
Bryan
Theo Phys.org
