Một ngôi sao trong một thiên hà xa xôi đang lao vào vòng xoáy hủy diệt, liên tục lao qua một đĩa khí nóng bao quanh một hố đen và giải phóng những luồng tia X mạnh mẽ trong quá trình này. Sắp tới, nó sẽ bị xé toạc.
Đó là đánh giá về những gì đang diễn ra trong lõi của một thiên hà cách chúng ta khoảng 300 triệu năm ánh sáng có tên là LEDA 3091738, nơi một lỗ đen khổng lồ có biệt danh là "Ansky" đang quay quanh một vật thể đồng hành có khối lượng thấp hơn nhiều.
Cái tên này bắt nguồn từ tên gọi chính thức của lỗ đen là ZTF10acnsky, vì các vụ bùng nổ của nó đã được Cơ sở Zwicky Transient trên Kính viễn vọng Samuel Oschin tại Đài quan sát Palomar của California phát hiện vào năm 2019.
Bây giờ, những phát hiện mới cho thấy Ansky bùng phát tia X khoảng bốn ngày rưỡi một lần và mỗi đợt bùng phát kéo dài một ngày rưỡi trước khi tắt hẳn và chờ chu kỳ bắt đầu lại. Các nhà thiên văn học gọi những đợt bùng phát này là "phun trào bán chu kỳ" hay QPE. Cho đến nay, chỉ có tám nguồn QPE được phát hiện trong toàn bộ vũ trụ và Ansky tạo ra những đợt phun trào mạnh mẽ nhất trong số tám đợt đó.
Những phát hiện mới này là nhờ một nhóm do Joheem Chakraborty, một tiến sĩ, đứng đầu. sinh viên tại Học viện Công nghệ Massachusetts, sử dụng Thiết bị khám phá thành phần bên trong sao Neutron (NICER) được gắn chặt vào bên ngoài Trạm vũ trụ quốc tế, kết hợp với kính viễn vọng không gian tia X XMM-Newton của Cơ quan vũ trụ châu Âu.
"Những QPE này là hiện tượng bí ẩn và vô cùng thú vị", Chakraborty cho biết trong tuyên bố. "Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất là bản chất bán tuần hoàn của chúng. Chúng tôi vẫn đang phát triển các phương pháp luận và khuôn khổ cần thiết để hiểu nguyên nhân gây ra QPE và các đặc tính bất thường của Ansky đang giúp chúng tôi cải thiện các công cụ đó."
Và vì vậy, chúng tôi đang dần hình thành một bức tranh về lý do tại sao Ansky tạo ra các tia X-quang bùng phát.
Hố đen siêu lớn liên quan đã khối lượng theo thứ tự của một triệu mặt trời. Nó được bao quanh bởi thứ được gọi là đĩa bồi tụ, là một vòng tròn khí nóng xoáy xung quanh hố đen, chờ đợi để bị tiêu thụ. Trong khi đó, một vật thể có khối lượng thấp hơn, có thể là một ngôi sao, đang quay quanh rất gần hố đen và thỉnh thoảng xuyên qua đĩa bồi tụ. Khi nó làm như vậy, sóng xung kích gợn qua vòng tròn và làm nóng khí gần nhất với điểm vào của ngôi sao. Khí nóng này phải thoát ra khỏi đường đi của ngôi sao, khiến những đám mây vật chất khổng lồ, đang giãn nở được đưa vào không gian. Chính quá trình làm nóng vật liệu này bị đẩy ra khỏi đĩa tạo ra QPE.
"Trong hầu hết các hệ thống QPE, lỗ đen siêu lớn có khả năng xé toạc một ngôi sao đang đi qua, tạo ra một đĩa nhỏ rất gần với chính nó", Lorena Hernández-García thuộc Trung tâm nghiên cứu và công nghệ thiên niên kỷ về nghiên cứu và công nghệ ngang để khám phá lỗ đen siêu lớn (TITANS) và Đại học Valparaíso, cả hai đều ở Chile, cho biết. Chính Hernández-García là người đã dẫn dắt các nhà thiên văn học khám phá ra Ansky vào năm 2019. "Trong trường hợp của Ansky, chúng tôi cho rằng đĩa này lớn hơn nhiều và có thể liên quan đến các vật thể ở xa hơn, tạo ra các thang thời gian dài hơn mà chúng tôi quan sát được".
Nhóm của Chakraborty đã theo dõi Ansky bằng NICER 16 lần mỗi ngày từ tháng 5 đến tháng 7 năm 2024, theo dõi chu kỳ của các vụ phun trào và giám sát mọi thay đổi trong chu kỳ đó. Sau khi thêm dữ liệu XMM-Newton để lấp đầy bất kỳ khoảng trống nào, những gì họ phát hiện ra là tin xấu cho ngôi sao.
Năng lượng quỹ đạo của ngôi sao cung cấp đủ năng lượng để làm nóng khí trong đĩa và sau đó đẩy ra một lượng vật chất tương đương với khối lượng của Sao Mộc với vận tốc lên tới 15% tốc độ ánh sáng. Mỗi lần ngôi sao cày qua đĩa và tạo ra QPE, nó sẽ mất một số năng lượng quỹ đạo, khiến nó xoắn ốc gần hơn với miệng của hố đen.
Giả sử ngôi sao có cùng khối lượng với mặt trời của chúng ta, thì sẽ mất thêm 400 QPE nữa — kéo dài khoảng 2.000 ngày, hoặc 5 đến 6 năm — để nó mất hết năng lượng quỹ đạo. Quá trình này sẽ thu hẹp quỹ đạo của nó, khiến QPE xảy ra ngày càng nhanh hơn, cho đến khi ngôi sao bị xé toạc bởi lực thủy triều hấp dẫn của lỗ đen, hoặc hợp nhất với nó. Nếu ngôi sao có khối lượng lớn hơn Mặt trời của chúng ta, thì nó có thể tồn tại lâu hơn.
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra sự bùng nổ tăng trưởng của lỗ đen hoang dã trong các thiên hà vào 'buổi trưa vũ trụ'
— Tàu vũ trụ của NASA phát hiện ra lỗ đen khổng lồ phát nổ với tia X 'giải phóng năng lượng gấp trăm lần so với những gì chúng ta từng thấy ở nơi khác'
— Liệu chúng ta có thể sử dụng lỗ đen để cung cấp năng lượng cho các nền văn minh của con người trong tương lai không?
Dù bằng cách nào, sự suy thoái quỹ đạo của ngôi sao, tương ứng với tốc độ QPE nhanh hơn, sẽ rõ ràng trong vài năm tới và tốc độ mà QPE trở nên thường xuyên hơn sẽ cho các nhà thiên văn học biết về khối lượng của ngôi sao đồng hành.
"Chúng ta đang để tiếp tục quan sát Ansky lâu nhất có thể", Chakraborty cho biết. "Chúng ta vẫn đang trong giai đoạn đầu của việc hiểu về QPE. Đây là thời điểm rất thú vị vì còn rất nhiều điều để học".
NICER và XMM-Newton sẽ tiếp tục theo dõi Ansky, điều này cuối cùng sẽ cho phép dự đoán chính xác hơn thời điểm ngôi sao này cạn kiệt năng lượng quỹ đạo và bị phá hủy. Khi điều đó xảy ra, nó sẽ giải phóng một luồng năng lượng dữ dội và các nhà thiên văn học sẽ có thể chứng kiến một ngôi sao bị xé toạc theo thời gian thực, từ đầu đến cuối.
Kết quả từ Ansky đã được công bố vào ngày 6 tháng 5 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Đó là đánh giá về những gì đang diễn ra trong lõi của một thiên hà cách chúng ta khoảng 300 triệu năm ánh sáng có tên là LEDA 3091738, nơi một lỗ đen khổng lồ có biệt danh là "Ansky" đang quay quanh một vật thể đồng hành có khối lượng thấp hơn nhiều.
Cái tên này bắt nguồn từ tên gọi chính thức của lỗ đen là ZTF10acnsky, vì các vụ bùng nổ của nó đã được Cơ sở Zwicky Transient trên Kính viễn vọng Samuel Oschin tại Đài quan sát Palomar của California phát hiện vào năm 2019.
Bây giờ, những phát hiện mới cho thấy Ansky bùng phát tia X khoảng bốn ngày rưỡi một lần và mỗi đợt bùng phát kéo dài một ngày rưỡi trước khi tắt hẳn và chờ chu kỳ bắt đầu lại. Các nhà thiên văn học gọi những đợt bùng phát này là "phun trào bán chu kỳ" hay QPE. Cho đến nay, chỉ có tám nguồn QPE được phát hiện trong toàn bộ vũ trụ và Ansky tạo ra những đợt phun trào mạnh mẽ nhất trong số tám đợt đó.
Những phát hiện mới này là nhờ một nhóm do Joheem Chakraborty, một tiến sĩ, đứng đầu. sinh viên tại Học viện Công nghệ Massachusetts, sử dụng Thiết bị khám phá thành phần bên trong sao Neutron (NICER) được gắn chặt vào bên ngoài Trạm vũ trụ quốc tế, kết hợp với kính viễn vọng không gian tia X XMM-Newton của Cơ quan vũ trụ châu Âu.
"Những QPE này là hiện tượng bí ẩn và vô cùng thú vị", Chakraborty cho biết trong tuyên bố. "Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất là bản chất bán tuần hoàn của chúng. Chúng tôi vẫn đang phát triển các phương pháp luận và khuôn khổ cần thiết để hiểu nguyên nhân gây ra QPE và các đặc tính bất thường của Ansky đang giúp chúng tôi cải thiện các công cụ đó."
Và vì vậy, chúng tôi đang dần hình thành một bức tranh về lý do tại sao Ansky tạo ra các tia X-quang bùng phát.
Hố đen siêu lớn liên quan đã khối lượng theo thứ tự của một triệu mặt trời. Nó được bao quanh bởi thứ được gọi là đĩa bồi tụ, là một vòng tròn khí nóng xoáy xung quanh hố đen, chờ đợi để bị tiêu thụ. Trong khi đó, một vật thể có khối lượng thấp hơn, có thể là một ngôi sao, đang quay quanh rất gần hố đen và thỉnh thoảng xuyên qua đĩa bồi tụ. Khi nó làm như vậy, sóng xung kích gợn qua vòng tròn và làm nóng khí gần nhất với điểm vào của ngôi sao. Khí nóng này phải thoát ra khỏi đường đi của ngôi sao, khiến những đám mây vật chất khổng lồ, đang giãn nở được đưa vào không gian. Chính quá trình làm nóng vật liệu này bị đẩy ra khỏi đĩa tạo ra QPE.
"Trong hầu hết các hệ thống QPE, lỗ đen siêu lớn có khả năng xé toạc một ngôi sao đang đi qua, tạo ra một đĩa nhỏ rất gần với chính nó", Lorena Hernández-García thuộc Trung tâm nghiên cứu và công nghệ thiên niên kỷ về nghiên cứu và công nghệ ngang để khám phá lỗ đen siêu lớn (TITANS) và Đại học Valparaíso, cả hai đều ở Chile, cho biết. Chính Hernández-García là người đã dẫn dắt các nhà thiên văn học khám phá ra Ansky vào năm 2019. "Trong trường hợp của Ansky, chúng tôi cho rằng đĩa này lớn hơn nhiều và có thể liên quan đến các vật thể ở xa hơn, tạo ra các thang thời gian dài hơn mà chúng tôi quan sát được".
Nhóm của Chakraborty đã theo dõi Ansky bằng NICER 16 lần mỗi ngày từ tháng 5 đến tháng 7 năm 2024, theo dõi chu kỳ của các vụ phun trào và giám sát mọi thay đổi trong chu kỳ đó. Sau khi thêm dữ liệu XMM-Newton để lấp đầy bất kỳ khoảng trống nào, những gì họ phát hiện ra là tin xấu cho ngôi sao.
Năng lượng quỹ đạo của ngôi sao cung cấp đủ năng lượng để làm nóng khí trong đĩa và sau đó đẩy ra một lượng vật chất tương đương với khối lượng của Sao Mộc với vận tốc lên tới 15% tốc độ ánh sáng. Mỗi lần ngôi sao cày qua đĩa và tạo ra QPE, nó sẽ mất một số năng lượng quỹ đạo, khiến nó xoắn ốc gần hơn với miệng của hố đen.
Giả sử ngôi sao có cùng khối lượng với mặt trời của chúng ta, thì sẽ mất thêm 400 QPE nữa — kéo dài khoảng 2.000 ngày, hoặc 5 đến 6 năm — để nó mất hết năng lượng quỹ đạo. Quá trình này sẽ thu hẹp quỹ đạo của nó, khiến QPE xảy ra ngày càng nhanh hơn, cho đến khi ngôi sao bị xé toạc bởi lực thủy triều hấp dẫn của lỗ đen, hoặc hợp nhất với nó. Nếu ngôi sao có khối lượng lớn hơn Mặt trời của chúng ta, thì nó có thể tồn tại lâu hơn.
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra sự bùng nổ tăng trưởng của lỗ đen hoang dã trong các thiên hà vào 'buổi trưa vũ trụ'
— Tàu vũ trụ của NASA phát hiện ra lỗ đen khổng lồ phát nổ với tia X 'giải phóng năng lượng gấp trăm lần so với những gì chúng ta từng thấy ở nơi khác'
— Liệu chúng ta có thể sử dụng lỗ đen để cung cấp năng lượng cho các nền văn minh của con người trong tương lai không?
Dù bằng cách nào, sự suy thoái quỹ đạo của ngôi sao, tương ứng với tốc độ QPE nhanh hơn, sẽ rõ ràng trong vài năm tới và tốc độ mà QPE trở nên thường xuyên hơn sẽ cho các nhà thiên văn học biết về khối lượng của ngôi sao đồng hành.
"Chúng ta đang để tiếp tục quan sát Ansky lâu nhất có thể", Chakraborty cho biết. "Chúng ta vẫn đang trong giai đoạn đầu của việc hiểu về QPE. Đây là thời điểm rất thú vị vì còn rất nhiều điều để học".
NICER và XMM-Newton sẽ tiếp tục theo dõi Ansky, điều này cuối cùng sẽ cho phép dự đoán chính xác hơn thời điểm ngôi sao này cạn kiệt năng lượng quỹ đạo và bị phá hủy. Khi điều đó xảy ra, nó sẽ giải phóng một luồng năng lượng dữ dội và các nhà thiên văn học sẽ có thể chứng kiến một ngôi sao bị xé toạc theo thời gian thực, từ đầu đến cuối.
Kết quả từ Ansky đã được công bố vào ngày 6 tháng 5 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.