Bạn có bao giờ tưởng tượng một “bữa tiệc” vũ trụ, nơi một hố đen khổng lồ nuốt chửng mọi thứ trong tầm mắt? Sự kiện phi thường này không chỉ là một cảnh tượng ngoạn mục mà còn hé lộ những bí mật sâu kín về tốc độ quay của hố đen siêu lớn, một bí ẩn khoa học đã làm đau đầu các nhà thiên văn học trong suốt thời gian dài. Khám phá này mở ra những cánh cửa mới, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về vũ trụ và bản chất của những vật thể kỳ lạ này.
Tốc Độ Quay Của Hố Đen Được Đo Như Thế Nào?
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, những thay đổi trong ánh sáng lóe lên khi hố đen “thức giấc” và “ăn uống” được tạo ra bởi một đĩa vật chất xoay và dao động. Chính sự dao động này đã cung cấp cho chúng ta thông tin quan trọng về tốc độ quay của hố đen ở trung tâm thiên hà. Nghiên cứu do nhà vật lý thiên văn Hir Spam từ Viện Công nghệ Massachusetts dẫn đầu đã thành công trong việc tính toán tốc độ quay của hố đen dựa trên đĩa bồi tụ đang dao động của nó. Đây là một bước tiến lớn, cung cấp một công cụ mới để hiểu rõ hơn về những vật thể bí ẩn và đặc biệt nhất trong vũ trụ.
Vậy, hố đen quay nhanh đến mức nào? Kết quả cho thấy, hố đen quay với tốc độ chậm hơn 25% so với tốc độ ánh sáng. Mặc dù con số này có vẻ không quá ấn tượng, nhưng khả năng xác định được nó đã mở ra những triển vọng thú vị. Oam, một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết, trong vài năm tới, bằng cách nghiên cứu nhiều hệ thống với phương pháp này, các nhà thiên văn có thể ước tính sự phân bố tổng thể của tốc độ quay của hố đen và hiểu rõ hơn về quá trình tiến hóa của chúng theo thời gian.
Hố Đen Siêu Khổng Lồ: Những Quái Vật Vô Hình
Hố đen siêu khối là những “quái vật” ẩn náu tại trung tâm các thiên hà, với khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Những đối tượng khổng lồ này đóng vai trò quan trọng trong việc gắn kết các thiên hà lại với nhau và định hình quá trình tiến hóa của chúng. Chúng có thể hoạt động rất đa dạng, từ yên tĩnh đến rực rỡ, thậm chí tỏa sáng khắp không gian với những tia sáng mạnh nhất được tạo ra trong vũ trụ.
Điều đáng chú ý là ánh sáng không phải do hố đen tự tạo ra. Mật độ của chúng quá cao, đến mức vận tốc để thoát khỏi lực hấp dẫn của chúng còn cao hơn cả tốc độ ánh sáng. Thay vào đó, ánh sáng đến từ vật chất xoáy xung quanh chúng khi chúng “nuốt chửng” một đĩa dày bao quanh, gọi là đĩa bồi tụ.
Sự Kiện Gián Đoạn Thủy Triều: Chìa Khóa Giải Mã Tốc Độ Quay
Vào năm 2020, các nhà thiên văn đã chứng kiến một sự kiện thú vị trong một thiên hà cách Trái Đất khoảng 1 tỷ năm ánh sáng. Một hố đen vốn yên lặng đột ngột phát ra một tia sáng khổng lồ, được đặt tên là AT2020ocn. Dữ liệu thu thập từ các kính thiên văn cho thấy rằng nguyên nhân có thể là do một sự kiện gián đoạn thủy triều – một thuật ngữ khoa học để chỉ việc hố đen xé tan một ngôi sao đi ngang qua.
Khi ngôi sao bị xé toạc, phần ruột của nó hình thành một đĩa nóng trắng xung quanh hố đen. Đĩa này có thể không thẳng hàng với trục quay của hố đen, dẫn đến sự dao động khi hố đen kéo nó vào thẳng hàng với trục quay của nó. Chính sự dao động này và tốc độ quay có liên kết với nhau, cho phép các nhà khoa học đo được tốc độ quay của hố đen.
Pass Sam, một thành viên khác của nhóm nghiên cứu, nhấn mạnh rằng chìa khóa để đo được tốc độ quay chính là quan sát ngay khi sự kiện gián đoạn thủy triều xảy ra. Cần phải theo dõi vật thể này liên tục trong một thời gian dài, từ phút đến tháng, để khám phá mọi biến đổi. Nhờ có các thiết bị quét bầu trời, nhóm nghiên cứu đã bắt được AT2020ocn đủ sớm trong đợt bùng phát, cho phép họ quan sát được sự dao động của đĩa trước khi nó ổn định. Họ phát hiện ra rằng, thiên hà này phát ra tia X cứ sau 15 ngày hoặc lâu hơn, trước khi lắng xuống, và điều này có liên quan đến sự dao động của đĩa.
Kết hợp với khối lượng ước tính của hố đen (gấp khoảng 2,5 triệu lần khối lượng Mặt Trời), các nhà khoa học đã tính toán được tốc độ quay của hố đen. Dữ liệu này chỉ cho ta biết về một hố đen, nhưng kỹ thuật mới này là phần thực sự thú vị.
Tương Lai Nghiên Cứu Hố Đen
Các sự kiện gián đoạn thủy triều xảy ra thường xuyên. Nếu chúng ta có thể nắm bắt và theo dõi chúng bằng các công cụ hiện đại như đài quan sát Rubin sắp ra mắt, chúng ta có thể tạo ra một bản đồ phân bố các vòng quay khác nhau. Điều này cho phép chúng ta tìm hiểu sâu hơn về cách hố đen hoạt động và thay đổi theo thời gian. Theo Param, tốc độ quay của hố đen siêu lớn cho ta biết về lịch sử của hố đen đó.
Ngay cả khi chỉ một phần nhỏ trong số các sự kiện được Rubin ghi nhận có tín hiệu loại này, chúng ta giờ đây đã có cách để đo tốc độ quay của hàng trăm sự kiện gián đoạn thủy triều. Điều này sẽ giúp đưa ra một tuyên bố lớn về cách các hố đen tiến hóa qua thời gian của vũ trụ.
Nghiên Cứu Các Ngôi Sao Cổ Đại Thông Qua Hố Đen
Các nhà nghiên cứu cũng đang tận dụng hố đen để nghiên cứu các vật thể tưởng chừng không thể nắm bắt từ vũ trụ sơ khai, cụ thể là các ngôi sao Pop III, thế hệ sao đầu tiên sinh ra sau vụ nổ Big Bang. Những ngôi sao này được cho là xuất hiện chỉ vài trăm triệu năm sau Big Bang và được cấu thành từ hydro và heli. Chúng cực kỳ nóng, có kích thước và khối lượng khổng lồ, nhưng tồn tại trong thời gian rất ngắn.
Nhóm nghiên cứu từ Đại học Hồng Kông đã đưa ra giả thuyết rằng, một ngôi sao Pop III có thể bị xé tan bởi lực thủy triều nếu đi lạc vào vùng lân cận của một hố đen khổng lồ. Lực thủy triều sẽ tác động rất nhanh và mạnh, xé toạc ngôi sao thay vì hút nó vào. Các mảnh vụn từ ngôi sao này sẽ bị hố đen nuốt chửng, tạo ra những ngọn lửa sáng có thể quan sát được bằng các kính thiên văn hồng ngoại thế hệ mới.
Các nhà khoa học có thể tìm hiểu về sao Pop III thông qua ánh sáng này. Các mô hình nghiên cứu chỉ ra rằng, nguồn năng lượng này sẽ đủ mạnh để tạo ra ánh sáng hồng ngoại rực rỡ, có thể xuyên qua không gian hàng tỷ năm. Các sứ mệnh hàng đầu của NASA, như kính viễn vọng không gian James Webb và kính viễn vọng không gian Nancy Grace Roman, có khả năng quan sát những phát xạ hồng ngoại này từ những khoảng cách rất xa, giúp các nhà khoa học nhìn lại quá khứ xa xôi của vũ trụ.
Kết Luận
Việc đo tốc độ quay của hố đen siêu khổng lồ không chỉ là một thành tựu khoa học ấn tượng mà còn mở ra những hướng nghiên cứu mới về vũ trụ. Bằng cách quan sát và phân tích các sự kiện gián đoạn thủy triều, các nhà thiên văn học đang dần hé lộ những bí ẩn về sự tiến hóa của hố đen và nguồn gốc của vũ trụ. Thập kỷ tới hứa hẹn sẽ mang lại nhiều khám phá thú vị, giúp chúng ta hiểu sâu hơn về những hiện tượng kỳ diệu này.