Vũ trụ bao la ẩn chứa vô vàn điều kỳ diệu, trong đó, những lỗ đen siêu khổng lồ luôn là một bí ẩn đầy thách thức. Các lỗ đen này không chỉ hút mọi thứ vào, mà còn giải phóng các tia năng lượng cực mạnh. Mới đây, NASA đã phát hiện một hiện tượng đáng chú ý: một siêu lỗ đen đang bắn thẳng tia năng lượng cao về phía Trái Đất. Hiện tượng này được gọi là “blazar”, và nó mở ra những góc nhìn mới về vũ trụ.
Khám Phá Blazar: Tia Năng Lượng Xoắn Ốc Đáng Kinh Ngạc
Để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của blazar, các nhà khoa học đã sử dụng Kính viễn vọng phân cực tia X (IXPE) của NASA. IXPE, được phóng vào tháng 12 năm 2021, có khả năng đo phân cực của ánh sáng tia X, một thuộc tính liên quan đến sự sắp xếp của sóng điện từ. Nhờ đó, một nhóm các nhà vật lý thiên văn quốc tế đã công bố những phát hiện mới về blazar Markarian 421, nằm trong chòm sao Đại Hùng, cách Trái Đất khoảng 400 triệu năm ánh sáng.
Điều đáng ngạc nhiên là các nhà khoa học phát hiện ra rằng, trong phần tia phản lực của blazar, các hạt đang được tăng tốc trong từ trường có cấu trúc xoắn ốc và dòng năng lượng cao đang bắn trực tiếp về Trái Đất. Các tia này có thể kéo dài hàng triệu năm ánh sáng, phát sáng rực rỡ khi các hạt đạt tốc độ ánh sáng, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ.
Bí Ẩn Về Cơ Chế Hoạt Động Của Blazar
Mặc dù đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học vẫn chưa hoàn toàn hiểu rõ cơ chế vật lý tạo ra động lực và sự phát xạ của tia blazar. Tuy nhiên, phép đo phân cực tia X mang tính đột phá của IXPE đã cung cấp những cái nhìn chưa từng có về hình dạng vật lý và nguồn gốc phát xạ của chúng.
Các mô hình nghiên cứu thường mô tả cấu trúc xoắn ốc của tia blazar, tương tự như cấu trúc DNA của con người. Tuy nhiên, điều bất ngờ là cấu trúc xoắn ốc này lại chứa các ngù hạt được gia tốc bởi các cú sốc. Theo nhà vật lý Henk, đồng tác giả của nghiên cứu, họ đã dự đoán rằng hướng phân cực có thể thay đổi, nhưng không nghĩ rằng các vòng quay lớn sẽ phổ biến. Tuy nhiên, các quan sát của IXPE đã cho thấy sự phân cực không đổi, nhưng hướng của nó lại quay gần 180 độ trong vòng hai ngày, và tiếp tục quay với tốc độ tương tự trong các quan sát tiếp theo.
Sóng Xung Kích Và Từ Trường Xoắn Ốc
Các phép đo quang học, hồng ngoại và vô tuyến đồng thời không ghi nhận bất kỳ thay đổi nào về độ ổn định hoặc cấu trúc, ngay cả khi các bức xạ phân cực bị lệch. Điều này cho thấy rằng, sóng xung kích có thể lan truyền dọc theo từ trường xoắn ốc bên trong tia phản lực. Khái niệm về sóng xung kích làm tăng tốc các hạt phù hợp với lý thuyết về blazar Markarian 501, một “người anh em” của Markarian 421. Tuy nhiên, Markarian 421 cho thấy bằng chứng rõ ràng hơn về từ trường xoắn ốc, góp phần tạo ra các cú sốc.
Nguồn Gốc Và Đặc Điểm Của Blazar
Blazar là các quasar rất nhỏ gọn, liên quan đến các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm các thiên hà hình elip. Chúng thuộc nhóm các thiên hà đang hoạt động, có nhân thiên hà đang hoạt động và là nguồn tia gamma ngoại thiên hà mạnh nhất. Đặc điểm của blazar là các luồng tia tương đối tính hướng gần như chính xác về phía Trái Đất. Markarian 421 là một trong những blazar gần Trái Đất nhất, được phân loại là blazar đỉnh năng lượng cao vì đỉnh synchrotron của nó được tìm thấy ở năng lượng tia X cao.
Lịch Sử Khám Phá Blazar
Những blazar đầu tiên bị nhầm lẫn là sao biến quang vào năm 1929. Nhà thiên văn học người Đức KOH Meister đã công bố một danh mục các vật thể mà ông cho là sao biến quang. Trong danh mục này có một vật thể được gọi là BL Lacertae, và mãi đến cuối những năm 1960 và 1970, các nhà thiên văn mới bắt đầu chú ý đến các đặc điểm bất thường của nó. Họ phát hiện ra rằng, BL Lacertae quá xa để là một ngôi sao trong thiên hà Milky Way, và các đặc điểm của nó giống với quasar hơn là sao biến quang.
Cuối cùng, các nhà thiên văn nhận ra rằng, BL Lacertae là một vật thể sáng trong tâm của một thiên hà ở xa, và họ bắt đầu tìm kiếm các vật thể có chung các tính chất kỳ lạ này. Vào năm 1980, họ đặt ra thuật ngữ “blazar” để kết hợp các vật thể BL Lacertae và quasar. Đến giữa những năm 1990, các nhà thiên văn xác định rằng, các blazar, quasar và một số hiện tượng thiên hà sáng rực khác đều thuộc cùng một họ vật thể: các nhân thiên hà đang hoạt động.
Kỷ Nguyên Thiên Văn Học Đa Kênh
Sự phát triển của công nghệ đã cho phép các nhà thiên văn nghiên cứu blazar và các nhân thiên hà đang hoạt động bằng những cách mới. Việc đưa các kính thiên văn như kính thiên văn vũ trụ tia gamma lên quỹ đạo đã cho phép quan sát ánh sáng tia X và tia gamma năng lượng cao, vốn bị chặn lại bởi khí quyển Trái Đất. Ngày nay, chúng ta đang tiến vào kỷ nguyên thiên văn học đa kênh, trong đó, ánh sáng không còn là thông tin duy nhất mà chúng ta có thể thu thập.
Sóng hấp dẫn được phát hiện vào năm 2015, cho phép các nhà thiên văn quan sát các va chạm của lỗ đen và sao neutron. Việc lần theo dấu vết của các hạt neutrino cũng sẽ giúp các nhà thiên văn hiểu được cơ sở vật lý ẩn sau những môi trường cực độ như các tia tương đối tính của blazar. Bằng cách mở rộng công cụ quan sát, các nhà thiên văn đang bắt đầu nhận thức vũ trụ theo một cách hoàn toàn mới.
Kết Luận
Những khám phá mới từ NASA về blazar Markarian 421 không chỉ làm sáng tỏ thêm về cơ chế hoạt động của các lỗ đen siêu khổng lồ mà còn mở ra những hướng đi mới trong nghiên cứu thiên văn học. Việc tìm hiểu các hiện tượng vũ trụ kỳ bí này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn gốc và sự phát triển của vũ trụ.