Các nhà vật lý thiên văn tại đại học Syracuse ở New York cho rằng, họ đã tìm ra lời giải thích cho một hoạt động kỳ lạ được gọi là "sự kiện gián đoạn triều từng phần lặp lại" (rpTDE). Đây là những tương tác giữa một lỗ đen siêu nặng với một ngôi sao đi lạc chẳng may đến quá gần, nhưng lại chưa đủ gần để bị nuốt chửng.
Phần "lặp lại" của sự kiện xảy ra là vì những lần sượt qua như vậy diễn ra hết lần này đến lần khác. Khi ngôi sao tiến gần lỗ đen hơn trong quỹ đạo của nó, lực hấp dẫn cực mạnh xé toạc vật chất ra khỏi ngôi sao, khiến nó mất đi khối lượng từng chút một. Vật chất sao bị xé ra làm mọi thứ sáng lên trong một khoảng thời gian, sau đó thì mất dần năng lượng khi rơi về phía lỗ đen. Đó là lý do các nhà thiên văn quan sát thấy một vụ bùng phát ánh sáng rồi mờ dần. Nó trông giống như chính lỗ đen sáng lên trong một thời gian ngắn rồi mờ dần trong vài ngày hoặc vài tuần. Điều tương tự cũng xảy ra nếu ngôi sao bị nuốt chửng, nhưng sẽ chỉ tạo ra một vụ bùng phát duy nhất chứ không lặp lại nhiều lần.
Điều kỳ lạ là, với một số ngôi sao, các vụ bùng phát sau vụ đầu tiên vẫn bị mờ. Và điều này rất khó giải thích. Nhóm nghiên cứu tại Syracuse, bao gồm nghiên cứu sinh tiến sĩ Ananya Bandopadhyay, cùng với nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Benjamin Amend và phó giáo sư Eric Coughlin, đã đưa ra một giả thuyết: sự quay của ngôi sao có thể là nguyên nhân trong việc khiến các vụ bùng phát giảm dần độ sáng, và nó phải quay rất nhanh mới có thể tạo ra các vụ bùng phát mờ này.
Hình minh họa về sự kiện gián đoạn triều, trong đó một ngôi sao tiến quá gần một lỗ đen và bị xé toạc, các mảnh vụn của nó tạo thành một đĩa bồi tụ vật chất xung quanh lỗ đen. Nếu ngôi sao không bị xé toạc hoàn toàn, nó mất một phần vật chất vào lỗ đen, tạo ra sự kiện gián đoạn triều lặp lại. (Nguồn: Ralf Crawford (STScI)
Theo dõi bí ẩn về sự mờ dần
Theo Bandopadhyay, khi ngôi sao tiến gần lỗ đen hơn, nó sẽ mất khối lượng, nhưng lượng khối lượng bị mất phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của ngôi sao. Bà chỉ ra rằng các ngôi sao có khối lượng thấp thì "xốp" hơn, khiến chúng dễ mất khối lượng hơn. Còn các ngôi sao có khối lượng lớn hơn thì cứng hơn, được cấu tạo nhiều lớp hơn. Chúng có thể mất khối lượng từ các lớp vỏ bên ngoài mà không biến mất hoàn toàn vào lỗ đen.
Cách giải thích dựa trên sự mất khối lượng này phù hợp với hầu hết các sự kiện gián đoạn triều mà nhóm nghiên cứu quan sát được. Nhưng có một mô-típ cứ liên tục xuất hiện. Trong số mười sự kiện bùng phát lặp lại được xác định, có bốn sự kiện tạo ra các vụ bùng phát mờ hơn dự kiến. Sự mất khối lượng dường như không giải thích được hành vi này, và trên thực tế, các vụ bùng phát đối với bốn trường hợp này thậm chí còn mờ hơn so với dự đoán của các mô hình. Bandopadhyay nói: "Chúng tôi đã bối rối về điều này trong suốt hai năm”.
Vì vậy, họ phải tìm một lý do khác khiến bốn sự kiện bùng phát lặp lại này bị giảm độ sáng, trong đó có việc xem xét tốc độ quay của ngôi sao quanh trục của nó. Điều này dẫn nhóm nghiên cứu đến việc thực hiện các mô phỏng thủy động lực học đối với những ngôi sao dãy chính có khối lượng lớn khi bị một lỗ đen siêu nặng phá hủy. Họ cũng phải xem xét những khía cạnh khác của quá trình lỗ đen tước vật chất trong sự kiện gián đoạn triều. Những điều này tạo ra một mômen xoắn làm tăng tốc độ quay của ngôi sao sau mỗi lần tương tác. Điều đó cuối cùng khiến lượng vật chất bị tước khỏi ngôi sao mỗi khi nó gặp lỗ đen giảm dần đi. Và, như có thể dự đoán, điều đó khiến các vụ bùng phát giảm dần độ sáng. Nhưng liệu cơ chế này có hoạt động với tất cả các ngôi sao hay không? Đó là một câu hỏi khác mà nhóm nghiên cứu phải trả lời, và điều này dẫn họ đến lời giải thích dựa trên hệ sao kép.
Sự quay của ngôi sao tiết lộ câu chuyện
Vậy nếu sự quay của ngôi sao là một phần quan trọng trong bí ẩn về các vụ bùng phát giảm độ sáng, thì cơ chế đó hoạt động như thế nào? Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, một ngôi sao đã quay rất nhanh sẽ không bị tăng tốc thêm nữa sau mỗi lần tương tác. Nếu tốc độ quay của ngôi sao gần như không đổi, thì lượng vật chất bị tước đi trong mỗi lần cũng gần như tương đương, và điều đó ảnh hưởng đến độ sáng của vụ bùng phát. Vì vậy, có vẻ như sự quay đóng vai trò quan trọng đối với độ sáng của vụ bùng phát. Nhưng làm thế nào mà một ngôi sao có thể quay nhanh đến mức sự mất khối lượng của nó vẫn không đổi sau mỗi lần tiếp cận lỗ đen?
Theo Eric Coughlin, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy một số ngôi sao có chu kỳ quỹ đạo chuyển động quanh một lỗ đen chỉ trong vài tháng. Ông nói: "Việc 'liên kết' một ngôi sao với một lỗ đen siêu nặng chặt chẽ đến mức khiến nó có chu kỳ quỹ đạo chỉ vài tháng quanh lỗ đen là cực kỳ khó xảy ra, vậy mà chúng dường như làm được điều đó trong các rpTDE".
Đây là lúc một cơ chế gọi là Hills phát huy tác dụng. Cơ chế này mô tả hai ngôi sao chuyển động quanh nhau (một hệ sao kép) đi ngang qua một lỗ đen siêu nặng. Đôi khi, cặp sao này bị tách ra bởi lực hấp dẫn của lỗ đen. Một sao bị mắc kẹt trong trường hấp dẫn của lỗ đen, trong khi sao còn lại bị hất văng ra ngoài không gian. Nếu cặp sao có quỹ đạo gần nhau, chúng thường bị khóa triều và mỗi sao đều quay rất nhanh. Ngôi sao bị giữ lại vẫn duy trì tốc độ quay rất cao, sau đó trở thành một phần của sự kiện gián đoạn triều lặp lại.
Có khả năng một số sao xung quanh lỗ đen siêu nặng Sagittarius A* của thiên hà Milky Way chính là những ngôi sao quay nhanh bị bắt giữ do sự kiện gián đoạn triều này. Nếu vậy, hành vi của chúng cần được theo dõi khi chúng có quỹ đạo ngày càng gần lỗ đen hơn trong tương lai.
Một loạt hình ảnh được chụp bởi thiết bị GRAVITY tại đài thiên văn VLT của ESO cho thấy một số ngôi sao có quỹ đạo quanh Sagittarius A. Ngôi sao gần nhất được ký hiệu là S 301 và nó đi qua gần lỗ đen nhất. Nó có quỹ đạo quanh lỗ đen với chu kỳ 8,7 năm, tiến gần đến Sag A* ở khoảng cách tương đương khoảng cách giữa Sao Thổ với Mặt Trời, và chuyển động với tốc độ chỉ hơn 8% tốc độ ánh sáng. Các nhà thiên văn học vẫn chưa biết nó thuộc loại sao nào, nhưng có vẻ như nó là một ngôi sao lạnh và cực kỳ mờ. Nguồn: ESO
Minh Phương
Theo Universetoday
