Hố đen ở trung tâm thiên hà của chúng ta là một sinh vật tiệc tùng thực sự, liên tục thổi bong bóng vũ trụ. Những phát hiện này không hề phù phiếm chút nào và có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách các hố đen tương tác với môi trường của chúng và giúp các thiên hà tiến hóa.
Sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng hố đen siêu lớn ở trung tâm của Ngân Hà, Sagittarius A* (Sgr A*), liên tục phát ra các tia lửa không ngừng nghỉ. Hoạt động này diễn ra trong một khoảng thời gian rộng, bao gồm cả những khoảng ngắt quãng ngắn và những khoảng thời gian dài.
Trong khi một số ngọn lửa chỉ là những tia sáng yếu kéo dài chỉ vài giây, thì mỗi ngày, Sgr A* lại phun ra những ngọn lửa sáng hơn và mạnh mẽ hơn nhiều. Ngoài ra, một số vụ bùng phát yếu nhất có thể kéo dài trong nhiều tháng liền.
"Người ta dự đoán rằng các vụ bùng phát sẽ xảy ra ở hầu hết mọi hố đen siêu lớn, nhưng hố đen của chúng tôi thì lại là duy nhất", Farhad Yusef-Zade, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Đại học Northwestern, cho biết trong một tuyên bố. "Nó luôn sôi sục với hoạt động và dường như không bao giờ đạt đến trạng thái ổn định. Chúng tôi đã quan sát hố đen nhiều lần trong suốt năm 2023 và 2024, và chúng tôi nhận thấy những thay đổi trong mỗi lần quan sát.
"Chúng tôi thấy một điều gì đó khác biệt mỗi lần, điều này thực sự đáng chú ý. Không có gì là mãi mãi cả."
Yusef-Zadeh và các đồng nghiệp đã mong đợi nhìn thấy các đợt bùng phát, nhưng hố đen trung tâm của Ngân Hà, có khối lượng khoảng 4,3 triệu mặt trời, hoạt động mạnh hơn dự đoán, tạo ra các đợt pháo hoa vũ trụ có độ sáng và thời lượng khác nhau suốt ngày đêm.
Vật chất xung quanh các hố đen siêu lớn trung tâm như Sgr A* tạo thành các đám mây khí và bụi dẹt gọi là "đĩa bồi tụ". Nhóm nghiên cứu đã thấy đĩa bồi tụ của Sgr A* tạo ra tới sáu lần một ngày, với các đợt bùng phát nhỏ hơn làm gián đoạn các vụ nổ này.
"Trong dữ liệu của chúng tôi, chúng tôi thấy độ sáng liên tục thay đổi, sủi bọt", Yusef-Zadeh cho biết. "Và rồi bùm! Một vụ nổ sáng lớn đột nhiên xuất hiện. Sau đó, nó lại dịu xuống.
"Chúng tôi không thể tìm thấy một mô hình nào trong hoạt động này. Có vẻ như nó là ngẫu nhiên. Hồ sơ hoạt động của hố đen luôn mới mẻ và thú vị mỗi khi chúng tôi quan sát nó."
So sánh đĩa bồi tụ với một con sông, các đợt bùng phát ngắn và yếu giống như những gợn sóng nhỏ ngẫu nhiên trên bề mặt sông do các nhiễu động nhỏ gây ra.
Mặt khác, các đợt bùng phát dài hơn và sáng hơn giống như sóng thủy triều và được tạo ra bởi các sự kiện quan trọng hơn trong đĩa bồi tụ. Các sự kiện này đủ mạnh để nén plasma và tạo ra một vụ nổ bức xạ tạm thời.
"Nó tương tự như cách từ trường của mặt trời tập hợp lại, nén lại và sau đó phun trào một đợt bùng phát mặt trời", Yusef-Zadeh giải thích. "Tất nhiên, các quá trình này diễn ra mạnh mẽ hơn vì môi trường xung quanh hố đen có nhiều năng lượng hơn và cực đoan hơn nhiều. Nhưng bề mặt của mặt trời cũng sủi bọt với hoạt động."
Những sự kiện hỗn loạn lớn này và các đợt bùng phát mạnh có thể liên quan đến sự kết nối lại từ trường. Điều này xảy ra khi hai từ trường va chạm và tăng tốc các hạt tích điện lên gần tốc độ ánh sáng khiến chúng phát ra các vụ nổ bức xạ sáng.
NIRCam có khả năng nhìn thấy hai bước sóng ánh sáng hồng ngoại khác nhau, và điều này cho phép nhóm nghiên cứu quan sát cách độ sáng của các ngọn lửa thay đổi ở mỗi bước sóng. Điều này tạo ra một bức tranh sắc thái về hành vi xung quanh Sgr A*, gây ra một cú sốc khác.
Hóa ra độ sáng của các sự kiện bức xạ bước sóng ngắn dường như thay đổi trước các sự kiện bức xạ bước sóng dài.
"Đây là lần đầu tiên chúng tôi thấy độ trễ thời gian trong các phép đo ở các bước sóng này", Yusef-Zadeh cho biết. "Chúng tôi quan sát các bước sóng này đồng thời với NIRCam và nhận thấy bước sóng dài hơn chậm hơn bước sóng ngắn hơn một lượng rất nhỏ — có thể là vài giây đến 40 giây".
Độ trễ thời gian gợi ý về các hiện tượng xảy ra xung quanh Sgr A*. Một lời giải thích có thể cho điều này là các hạt được tăng tốc mất năng lượng khi ngọn lửa phát triển. Sự mất năng lượng này xảy ra nhanh hơn ở bước sóng ngắn hơn so với ở bước sóng dài hơn.
Câu chuyện liên quan:
— Sao lùn trắng 'Daredevil' có thể là vật thể gần nhất được biết đến với một lỗ đen kỳ lạ
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen có thể phá hủy quá trình hình thành sao
— Các lỗ đen siêu lớn bẻ cong các định luật vật lý để phát triển đến kích thước khổng lồ
Yusef-Zadeh và các đồng nghiệp hiện hy vọng có thể sử dụng JWST để quan sát Sgr A* trong một thời gian dài. Nhà nghiên cứu đã đệ trình một đề xuất sử dụng kính viễn vọng không gian trị giá 10 tỷ đô la để quan sát lỗ đen siêu lớn trung tâm của chúng ta trong 24 giờ không bị gián đoạn.
"Khi bạn đang quan sát các sự kiện bùng phát yếu như vậy, bạn phải cạnh tranh với tiếng ồn", Yusef-Zadeh kết luận. "Nếu chúng ta có thể quan sát trong 24 giờ, thì chúng ta có thể giảm tiếng ồn để thấy các đặc điểm mà trước đây chúng ta không thể thấy.
"Điều đó thật tuyệt vời. Chúng ta cũng có thể thấy liệu những đợt bùng phát này có tuần hoàn (hoặc lặp lại) hay chúng thực sự ngẫu nhiên".
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Ba (ngày 18 tháng 2) trên The Astrophysical Journal Letters.
Sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng hố đen siêu lớn ở trung tâm của Ngân Hà, Sagittarius A* (Sgr A*), liên tục phát ra các tia lửa không ngừng nghỉ. Hoạt động này diễn ra trong một khoảng thời gian rộng, bao gồm cả những khoảng ngắt quãng ngắn và những khoảng thời gian dài.
Trong khi một số ngọn lửa chỉ là những tia sáng yếu kéo dài chỉ vài giây, thì mỗi ngày, Sgr A* lại phun ra những ngọn lửa sáng hơn và mạnh mẽ hơn nhiều. Ngoài ra, một số vụ bùng phát yếu nhất có thể kéo dài trong nhiều tháng liền.
"Người ta dự đoán rằng các vụ bùng phát sẽ xảy ra ở hầu hết mọi hố đen siêu lớn, nhưng hố đen của chúng tôi thì lại là duy nhất", Farhad Yusef-Zade, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Đại học Northwestern, cho biết trong một tuyên bố. "Nó luôn sôi sục với hoạt động và dường như không bao giờ đạt đến trạng thái ổn định. Chúng tôi đã quan sát hố đen nhiều lần trong suốt năm 2023 và 2024, và chúng tôi nhận thấy những thay đổi trong mỗi lần quan sát.
"Chúng tôi thấy một điều gì đó khác biệt mỗi lần, điều này thực sự đáng chú ý. Không có gì là mãi mãi cả."
Pháo hoa vũ trụ tại trung tâm của Ngân Hà
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng thiết bị camera cận hồng ngoại (NIRCam) của JWST để quan sát Sgr A* trong nhiều khoảng thời gian từ 8 đến 10 giờ, tổng cộng là hai ngày trong suốt một năm. Điều này cho thấy Sgr A* và môi trường xung quanh trực tiếp của nó đã thay đổi như thế nào theo thời gian.Yusef-Zadeh và các đồng nghiệp đã mong đợi nhìn thấy các đợt bùng phát, nhưng hố đen trung tâm của Ngân Hà, có khối lượng khoảng 4,3 triệu mặt trời, hoạt động mạnh hơn dự đoán, tạo ra các đợt pháo hoa vũ trụ có độ sáng và thời lượng khác nhau suốt ngày đêm.
Vật chất xung quanh các hố đen siêu lớn trung tâm như Sgr A* tạo thành các đám mây khí và bụi dẹt gọi là "đĩa bồi tụ". Nhóm nghiên cứu đã thấy đĩa bồi tụ của Sgr A* tạo ra tới sáu lần một ngày, với các đợt bùng phát nhỏ hơn làm gián đoạn các vụ nổ này.
"Trong dữ liệu của chúng tôi, chúng tôi thấy độ sáng liên tục thay đổi, sủi bọt", Yusef-Zadeh cho biết. "Và rồi bùm! Một vụ nổ sáng lớn đột nhiên xuất hiện. Sau đó, nó lại dịu xuống.
"Chúng tôi không thể tìm thấy một mô hình nào trong hoạt động này. Có vẻ như nó là ngẫu nhiên. Hồ sơ hoạt động của hố đen luôn mới mẻ và thú vị mỗi khi chúng tôi quan sát nó."
Tạo sóng xung quanh hố đen
Yusef-Zadeh và các đồng nghiệp vẫn chưa hiểu quá trình nào tạo ra các đợt bùng phát này xung quanh Sgr A*. Tuy nhiên, họ nghi ngờ các đợt bùng phát có thời lượng khác nhau là do các cơ chế khác nhau gây ra.So sánh đĩa bồi tụ với một con sông, các đợt bùng phát ngắn và yếu giống như những gợn sóng nhỏ ngẫu nhiên trên bề mặt sông do các nhiễu động nhỏ gây ra.
Mặt khác, các đợt bùng phát dài hơn và sáng hơn giống như sóng thủy triều và được tạo ra bởi các sự kiện quan trọng hơn trong đĩa bồi tụ. Các sự kiện này đủ mạnh để nén plasma và tạo ra một vụ nổ bức xạ tạm thời.
"Nó tương tự như cách từ trường của mặt trời tập hợp lại, nén lại và sau đó phun trào một đợt bùng phát mặt trời", Yusef-Zadeh giải thích. "Tất nhiên, các quá trình này diễn ra mạnh mẽ hơn vì môi trường xung quanh hố đen có nhiều năng lượng hơn và cực đoan hơn nhiều. Nhưng bề mặt của mặt trời cũng sủi bọt với hoạt động."
Những sự kiện hỗn loạn lớn này và các đợt bùng phát mạnh có thể liên quan đến sự kết nối lại từ trường. Điều này xảy ra khi hai từ trường va chạm và tăng tốc các hạt tích điện lên gần tốc độ ánh sáng khiến chúng phát ra các vụ nổ bức xạ sáng.
NIRCam có khả năng nhìn thấy hai bước sóng ánh sáng hồng ngoại khác nhau, và điều này cho phép nhóm nghiên cứu quan sát cách độ sáng của các ngọn lửa thay đổi ở mỗi bước sóng. Điều này tạo ra một bức tranh sắc thái về hành vi xung quanh Sgr A*, gây ra một cú sốc khác.
Hóa ra độ sáng của các sự kiện bức xạ bước sóng ngắn dường như thay đổi trước các sự kiện bức xạ bước sóng dài.
"Đây là lần đầu tiên chúng tôi thấy độ trễ thời gian trong các phép đo ở các bước sóng này", Yusef-Zadeh cho biết. "Chúng tôi quan sát các bước sóng này đồng thời với NIRCam và nhận thấy bước sóng dài hơn chậm hơn bước sóng ngắn hơn một lượng rất nhỏ — có thể là vài giây đến 40 giây".
Độ trễ thời gian gợi ý về các hiện tượng xảy ra xung quanh Sgr A*. Một lời giải thích có thể cho điều này là các hạt được tăng tốc mất năng lượng khi ngọn lửa phát triển. Sự mất năng lượng này xảy ra nhanh hơn ở bước sóng ngắn hơn so với ở bước sóng dài hơn.
Câu chuyện liên quan:
— Sao lùn trắng 'Daredevil' có thể là vật thể gần nhất được biết đến với một lỗ đen kỳ lạ
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen có thể phá hủy quá trình hình thành sao
— Các lỗ đen siêu lớn bẻ cong các định luật vật lý để phát triển đến kích thước khổng lồ
Yusef-Zadeh và các đồng nghiệp hiện hy vọng có thể sử dụng JWST để quan sát Sgr A* trong một thời gian dài. Nhà nghiên cứu đã đệ trình một đề xuất sử dụng kính viễn vọng không gian trị giá 10 tỷ đô la để quan sát lỗ đen siêu lớn trung tâm của chúng ta trong 24 giờ không bị gián đoạn.
"Khi bạn đang quan sát các sự kiện bùng phát yếu như vậy, bạn phải cạnh tranh với tiếng ồn", Yusef-Zadeh kết luận. "Nếu chúng ta có thể quan sát trong 24 giờ, thì chúng ta có thể giảm tiếng ồn để thấy các đặc điểm mà trước đây chúng ta không thể thấy.
"Điều đó thật tuyệt vời. Chúng ta cũng có thể thấy liệu những đợt bùng phát này có tuần hoàn (hoặc lặp lại) hay chúng thực sự ngẫu nhiên".
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Ba (ngày 18 tháng 2) trên The Astrophysical Journal Letters.