Hai đài quan sát không gian X-ray, Tổ hợp Kính thiên văn Quang phổ Hạt nhân của NASA (NuSTAR) và XMM-Newton của Cơ quan không gian Châu Âu, đã kết hợp để đo chính xác lần đầu tiên tốc độ quay của một lỗ đen có khối lượng gấp hai triệu lần Mặt Trời của chúng ta.
Lỗ đen siêu lớn này nằm tại vùng trung tâm đầy bụi và khí của một thiên hà với cái tên NGC 1365, và nó đang quay gần nhanh tới giới hạn thuyết tương đối của Einstein quy định. Kết quả nghiên cứu sẽ được công bố trong số mới của tờ Nature, và sẽ giải quyết một cuộc tranh cãi lâu dài về những thí nghiệm đo tương tự với những lỗ đen khác, và sẽ giúp chúng ta hiểu hơn cách các lỗ đen và các thiên hà tiến hóa.
“Điều này cực kì quan trọng với lĩnh vực khoa học nghiên cứu lỗ đen,” theo Lou Kaluzienski, một nhà khoa học của NuSTAR tại trụ sở NASA ở Washington.
Các quan sát này cũng là một bài kiểm tra lại thuyết tương đối rộng của Einstein, vì thuyết này nói rằng lực hấp dẫn có thể bẻ cong không-thời gian, vật liệu tạo nên vũ trụ của chúng ta, và cả ánh sáng đang đi qua nó.
“Chúng ta có thể theo dõi vật chất khi nó đi vào một lỗ đen bằng cách sử dụng các tia X được tỏa ra từ những vùng rất gần với lỗ đen,” theo lời đồng tác giả của nghiên cứu mới này, nhà nghiên cứu chính của NuSTAR Fiona Harrison thuộc Viện Công nghệ California ở Pasadena. “Bức xạ chúng tôi quan sát được bị bẻ cong và làm biến dạng bởi chuyển động của các hạt và bởi lực hấp dẫn cực mạnh của lỗ đen.”
NuSTAR, một tàu không gian nghiên cứu được phóng vào tháng 6/2012, được thiết kế để tìm ra bức xạ X-ray có năng lượng lớn nhất với độ chi tiết cao. Nó kết hợp với các kính thiên văn quan sát X-ray năng lượng thấp, ví dụ như XMM-Newton và Đài quan sát X-ray Chandra của NASA. Các nhà khoa học sử dụng những kính thiên văn này và một số kính khác để xác định tốc độ quay của những lỗ đen.
Cho tới bây giờ, những thông số này vẫn chưa chắc chắn vì các đám mây khí có thể đang che phủ lỗ đen và làm nhiễu kết quả. Với sự giúp đỡ của XMM-Newton, NuSTAR có thể nhìn một khoảng rộng năng lượng X-ray và nghiên cứu sâu hơn vào khu vực quanh lỗ đen. Các dữ liệu mới cho thấy các tia X-ray không hề bị bẻ cong bởi các đám mây, mà bởi lực hấp dẫn từ lỗ đen. Điều này khẳng định là tốc độ quay của các lỗ đen cực lớn có thể được đo chính xác.
“Nếu tôi có thể thêm một thiết bị vào XMM-Newton, tôi sẽ chọn một kính thiên văn như NuSTAR,” theo lời Norbert Schartel, nhà khoa học của dự án XMM-Newton tại Trung tâm Thiên văn không gian châu Âu tại Madrid. “Các tia X năng lượng lớn cung cấp một manh mối lớn để giải quyết câu hỏi này.”
Đo được tốc độ quay của một lỗ đen siêu lớn là cực kì quan trọng để hiểu được lịch sử phát triển của lỗ đen và của thiên hà chủ của nó.
“Những con quái vật này, với khối lượng gấp Mặt Trời của chúng ta hàng triệu đến hàng tỉ lần, được hình thành như những hạt giống trong vũ trụ nguyên sơ và phát triển bằng cách nuốt các ngôi sao và khí trong thiên hà chủ của chúng, kết hợp với các lỗ đen lớn khác khi các thiên hà va chạm, hoặc cả hai,” theo tác giả chính của nghiên cứu, Guido Risalti từ Trung tâm Thiên văn Khoa học Harvard – Smithsonian tại Cambridge, Massachusetts, và Viện Thiên văn Vật lý quốc gia Italia.
Các lỗ đen siêu lớn được bao quanh bởi những đĩa bồi tụ, được hình thành khi trọng lực kéo vật chất vào những lỗ đen. Thuyết Einstein dự đoán rằng lỗ đen quay càng nhanh, đĩa bồi tụ sẽ nằm càng gần lỗ đen. Đĩa bồi tụ nằm càng gần lỗ đen, trọng lực từ lỗ đen sẽ càng bẻ cong bức xạ X-ray phát ra từ đĩa.
Các nhà thiên văn học tìm những hiệu ứng bẻ cong này bằng cách phân tích ánh sáng X-ray phát ra từ sự phân bố sắt trong đĩa bồi tụ. Trong nghiên cứu mới này, họ sử dụng cả XMM-Newton và NuSTAR để cùng lúc quan sát lỗ đen trong NGC 1365. Trong khi XMM-Newton cho thấy ánh sáng từ sắt bị bẻ cong, NuSTAR khẳng định sự bẻ cong này đến từ trọng lực của lỗ đen và không phải các đám mây khí gần đó. Các dữ liệu về X-ray năng lượng lớn hơn của NuSTAR cho thấy sắt ở gần lỗ đen tới mức trọng lực của lỗ đen chắc chắn là thủ phạm gây ra hiệu ứng bẻ cong này.
Với khả năng các đám mây che phủ bị loại bỏ, các nhà khoa học có thể sử dụng những sự chênh lệch trong sắt để đo tốc độ quay của lỗ đen. Kết quả này có thể được áp dụng với vài hố đen nữa, loại bỏ sự không chắc chắn trong những tốc độ quay đã đo được trước đây.
Để biết thêm về NuSTAR, hãy ghé thăm http://www.nasa.gov/nustar.
Để biết thêm về XMM-Newton, hãy ghé thăm http://go.nasa.gov/YUYpI6
Viện công nghệ California ở Pasadena giúp NASA quản lí JPL.
Quỳnh Chi (VACA)
Theo Science Daily
