Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà thiên văn học đã có thể đo được toàn bộ sức mạnh của các luồng vật chất phun ra từ hố đen, và kết quả thật đáng kinh ngạc.

Những luồng vật chất phun ra từ hố đen Cygnus X-1 này được phát hiện mang năng lượng tương đương với 10.000 Mặt Trời.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được bước đột phá này bằng cách sử dụng một mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến có kích thước bằng cả một hành tinh, cung cấp những hiểu biết chưa từng có về một trong những hiện tượng mạnh mẽ nhất của vũ trụ.

Phát hiện này không chỉ giúp xác thực các lý thuyết về hố đen mà còn hé lộ những cách thức phức tạp mà những gã khổng lồ vũ trụ này tác động đến môi trường xung quanh.

Gió sao hé lộ sức mạnh của tia phun

Nghiên cứu tập trung vào Cygnus X-1, một trong những lỗ đen được phát hiện sớm nhất, và ngôi sao đồng hành của nó, một siêu sao khổng lồ. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến toàn cầu, cho phép họ nghiên cứu cách các tia phun của lỗ đen tương tác với gió mạnh từ ngôi sao gần đó. Những tương tác này, được mô tả là "tia phun nhảy múa" do sự thay đổi hướng liên tục của các tia phun, đã cung cấp dữ liệu quan trọng về sức mạnh thực sự của các tia phun. Bằng cách kiểm tra mức độ lệch hướng của các tia phun bởi gió của ngôi sao, các nhà nghiên cứu có thể đo năng lượng của chúng một cách chính xác.

Đo lường đầu tiên về sức mạnh tức thời của tia phun

Điều làm cho nghiên cứu này mang tính đột phá là khả năng đo lường sức mạnh tức thời của các tia phun. Các nghiên cứu trước đây bị giới hạn ở mức trung bình dài hạn, thường kéo dài hàng nghìn hoặc hàng triệu năm. Phương pháp tiếp cận mới này cho phép các nhà khoa học đánh giá sức mạnh của các tia phun tại những thời điểm cụ thể, cung cấp một bức tranh chính xác hơn về cách lỗ đen giải phóng năng lượng. Nghiên cứu cũng tiết lộ rằng các luồng vật chất này di chuyển với tốc độ khoảng một nửa tốc độ ánh sáng—khoảng 150.000 km/giây—khiến chúng trở thành một trong những hiện tượng nhanh nhất được quan sát trong không gian.

Các luồng vật chất và vai trò của lỗ đen

Tác giả chính, Tiến sĩ Steve Prabu từ Đại học Curtin, giải thích rằng nghiên cứu về "các luồng vật chất nhảy múa" rất quan trọng vì nó cho thấy cách lỗ đen giải phóng năng lượng vào môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến môi trường vũ trụ của chúng. Nghiên cứu đã phát hiện rằng khoảng 10% năng lượng được tạo ra bởi vật chất rơi vào lỗ đen được mang đi bởi các luồng vật chất.

"Đây là một giả định lâu đời trong các mô hình lý thuyết, nhưng nó chưa bao giờ được xác nhận cho đến nay," Tiến sĩ Prabu nói. "Những phát hiện này xác thực các lý thuyết hiện có và tạo tiền đề cho các mô hình tinh chỉnh hơn."

Xác nhận các lý thuyết về lỗ đen

Giáo sư James Miller-Jones, đồng tác giả của nghiên cứu, nhấn mạnh tầm quan trọng của bước đột phá này trong bối cảnh vật lý lỗ đen. Trước nghiên cứu này, các nhà khoa học chỉ có thể ước tính công suất tia phun trong thời gian dài, khiến việc so sánh nó với các hiện tượng khác như phát xạ tia X từ lỗ đen trở nên khó khăn.

"Bằng cách đo năng lượng của các tia phun trong thời gian thực, chúng tôi đã thiết lập một cơ sở mới để hiểu cách lỗ đen tương tác với môi trường xung quanh," Giáo sư Miller-Jones giải thích. "Với các dự án sắp tới như Đài quan sát Mảng Kilomet vuông (Square Kilometre Array Observatory), chúng ta sẽ có thể mở rộng các phép đo này đến các lỗ đen trong hàng triệu thiên hà xa xôi."

Ý nghĩa đối với sự hình thành thiên hà

Nghiên cứu này cũng làm sáng tỏ vai trò của các tia phun từ lỗ đen trong sự tiến hóa của các thiên hà. Những tia phun này là một yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh sự hình thành sao và sự phát triển của các thiên hà. Khả năng đo trực tiếp công suất tia phun cung cấp những hiểu biết mới về cách lỗ đen định hình môi trường của chúng trên quy mô vũ trụ.

"Phát hiện này mở ra cánh cửa cho các phương pháp tiếp cận mới trong việc hiểu sự hình thành thiên hà và vai trò của lỗ đen trong vũ trụ," Tiến sĩ Prabu nói thêm. "Những phát hiện này sẽ rất quan trọng trong các nghiên cứu tương lai tập trung vào vai trò của lỗ đen trên khắp vũ trụ."

Hướng nghiên cứu tương lai

Với dữ liệu thu thập được từ Cygnus X-1, các nhà thiên văn học hiện đã có nền tảng để hiểu rõ hơn về tác động rộng lớn của các luồng vật chất từ ​​lỗ đen. Khi lĩnh vực này phát triển, phép đo này sẽ giúp hiệu chỉnh các quan sát từ các lỗ đen khác, bao gồm cả những lỗ đen trong các thiên hà nằm rất xa thiên hà của chúng ta.

Kết quả từ nghiên cứu này sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến hướng nghiên cứu không gian trong tương lai, đặc biệt là trong việc hiểu cách các luồng vật chất từ ​​lỗ đen góp phần vào sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà trên khắp vũ trụ.

Những phát hiện này thể hiện một bước tiến lớn trong nghiên cứu về lỗ đen, mở ra những khả năng mới để hiểu về vũ trụ. Với nhiều quan sát hơn nữa trong tương lai, lỗ đen và các luồng vật chất của chúng vẫn là một trong những chủ đề hấp dẫn nhất trong vật lý thiên văn hiện đại.