Lỗ đen thổi bong bóng

Kết hợp các quan sát thực hiện với Kính thiên văn Rất Lớn của ESO và kính thiên văn tia X Chandra của NASA, các nhà thiên văn vừa vén màn cặp đôi vòi vật chất mạnh nhất từng thấy từ một lỗ đen dạng sao. Vật thể này, còn gọi là micro quasar, thổi ra một cái bong bóng khổng lồ chất khí nóng, bề năng 1000 năm ánh sáng, lớn gấp đôi và mạnh hơn hàng chục lần so với các micro quasar khác. Khám phá trên được báo cáo trên tạp chí Nature, số ra tuần này.

alt

Lỗ đen đang thổi bong bong khí. Ảnh: ESO/L. Calçada

“Chúng tôi thật bất ngờ bởi lượng năng lượng mà lỗ đen đưa vào trong khối khí ấy”, tác giả đầu nhóm Manfred Pakull nói. “Lỗ đen này có khối lượng chỉ vài lần mặt trời, nhưng là một phiên bản thu nhỏ thật sự của các quasar và thiên và vô tuyến mạnh nhất, nơi chứa các lỗ đen có khối lượng bằng vài triệu lần Mặt trời”.

Được biết các lỗ đen giải phỏng một lượng năng lượng khủng khiếp khi chúng nuốt lấy vật chất. Người ta nghĩ đa phần năng lượng đó giải phóng ở dạng bức xạ, chủ yếu là tia X. Tuy nhiên, những kết quả mới cho thấy một số lỗ đen có thể giải phóng nhiều năng lượng, và có lẽ còn nhiều hơn, ở dạng các vòi vật chất chuyển động nhanh phun thẳng ra ngoài. Những dòng vật chất tốc độ cao đó xuyên vào khối khí giữa các sao ở xung quanh, làm nó nóng lên và kích hoạt một sự giãn nở. Cái bong bóng phồng lên đó chứa một hỗn hợp chất khí nóng và các hạt cực nhanh ở những nhiệt độ khác nhau. Các quan sát trong một vài dải năng lượng (quang học, vô tuyến, tia X) giúp các nhà thiên văn học tính ra tốc độ toàn phần tại đó lỗ đen đang làm nóng môi trường xung quanh nó.

Các nhà thiên văn có thể quan sát các đốm nơi các dòng vật chất lao vào chất khí giữa các sao nằm xung quanh lỗ đen, và phát hiện thấy cái bọt khí nóng đang phồng lên ở tốc độ gần một triệu km/h.

“Chiều dài của các dòng vật chất trong NGC 7793 thật bất ngờ, so với kích thước của lỗ đen từ đó chúng được giải phóng ra”, đồng tác giả Robert Soria nói. “Nếu lỗ đen đó co lại đến kích thước của một quả bóng đá, thì mỗi dòng vật chất sẽ trải rộng từ Trái đất đến vượt khỏi quỹ đạo của Diêm vương tinh”.

Cho đến nay, các nhà thiên văn vẫn chưa có phương tiện gì để đo kích thước của bản thân lỗ đen. Lỗ đen dạng sao nhỏ nhất đã phát hiện tính cho đến nay có bán kính khoảng 15 km. Một lỗ đen dạng sao trung bình khoảng 10 lần khối mặt trời có bán kính chừng 30 km, còn một lỗ đen dạng sao “cỡ bự” có lẽ có bán kính lên tới 300 km. Giá trị này vẫn nhỏ hơn nhiều so với các dòng vật chất, chúng kéo dài từ vài trăm năm ánh sáng ở mỗi phía của lỗ đen, hoặc khoảng vài nghìn triệu triệu km.

Nghiên cứu này sẽ giúp các nhà thiên văn học tìm hiểu sự tương đồng giữa những lỗ đen nhỏ hình thành từ các ngôi sao bùng nổ và các lỗ đen siêu khối lượng tại tâm của các thiên hà. Các dòng vật chất năng lượng rất cao đã được nhìn thấy phát ra từ những lỗ đen siêu khối lượng, nhưng được cho là kém thường xuyên hơn ở dạng micro quasar nhỏ hơn. Khám phá mới đề xuất rằng phần nhiều trong số chúng có thể đơn giản là không được chú ý tới từ trước đến nay.

Lỗ đen thổi bong bóng khí ở trên nằm cách xa chúng ta 12 triệu năm ánh sáng, trong vùng ngoài của thiên hà xoắn ốc NGC 7793. Từ kích thước và tốc độ giãn nở của cái bóng khsi, các nhà thiên văn tìm thấy hoạt động của dòng vật chất đó đã diễn ra ít nhất là 200 000 năm.