Hố đen 'ợ hơi' làm rung chuyển cả thiên hà

Nghiên cứu mới vừa được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vào ngày 10.6, đã củng cố thêm bằng chứng cho giả thuyết rằng các siêu hố đen không chỉ là “máy hút” mà còn là “máy khuấy đảo” vũ trụ.

Hình minh họa về một hố đen siêu lớn đang "ợ" các luồng vật chất tốc độ cao - Ảnh: NASA

Theo Live Science, phát hiện này, nhờ kính thiên văn không gian XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), mang đến góc nhìn mới về cách các hố đen phát triển và ảnh hưởng đến các thiên hà xung quanh.

Đối tượng chính của nghiên cứu lần này là một siêu hố đen trong thiên hà Seyfert có tên PG1211+143, cách Trái đất khoảng 1,2 tỉ năm ánh sáng. Đây là một nhân Thiên hà hoạt động (AGN), nghĩa là vùng trung tâm của thiên hà này phát sáng cực mạnh do năng lượng phát ra khi hố đen siêu lớn hấp thụ vật chất xung quanh.

PG1211+143 không phải là một hố đen bình thường, nó có khối lượng lớn gấp 40 triệu lần Mặt trời, và sức mạnh của nó tạo ra một quasar, tức là nguồn năng lượng chói lọi nhất vũ trụ. Với đặc điểm như vậy, nó trở thành một “phòng thí nghiệm vũ trụ” hoàn hảo cho các nhà thiên văn học nghiên cứu quá trình hố đen nuốt vật chất và tương tác với môi trường xung quanh.

Sử dụng kính thiên văn tia X XMM-Newton, các nhà nghiên cứu đã ghi nhận rằng chỉ trong năm tuần, hố đen này đã hút vào lượng vật chất tương đương 10 Trái đất. Vật chất này không rơi vào hố đen một cách trực tiếp, mà trước tiên tạo thành một đĩa bồi tụ, một cấu trúc dẹt gồm khí và bụi quay quanh hố đen ở tốc độ cao.

Từ đó, vật chất từ từ bị kéo vào tâm hố đen. Tuy nhiên, tốc độ hấp thụ quá nhanh khiến hố đen không thể xử lý hết lượng vật chất đang đổ vào, dẫn đến một hiện tượng thú vị: "ợ" vật chất dư thừa ra ngoài không gian với tốc độ chóng mặt.

Các luồng vật chất bị đẩy ra ngoài từ hố đen này đạt tới 0,27 lần tốc độ ánh sáng, tức khoảng 291,29 triệu km/giờ, nhanh hơn khoảng 100.000 lần vận tốc tối đa của một máy bay chiến đấu F-16.

Các luồng này không xảy ra đồng thời với quá trình hút vật chất, mà thường có độ trễ vài ngày. Điều này là do quá trình vật chất va chạm, nóng lên đến hàng triệu độ, tạo ra áp suất bức xạ khổng lồ buộc hố đen phải tống khứ phần dư thừa ra ngoài, giống như một cái “ợ” vũ trụ mang theo luồng khí tốc độ cao.

Dù ấn tượng về mặt vật lý, hiện tượng “ợ” này không chỉ là sự phô diễn năng lượng, nó còn ảnh hưởng đến toàn bộ thiên hà chứa PG1211+143. Trong một thiên hà, các ngôi sao mới được sinh ra từ khí lạnh và bụi đậm đặc. Nhưng nếu khí và bụi bị làm nóng quá mức hoặc bị thổi bay khỏi trung tâm bởi những luồng thoát mạnh như trên, quá trình hình thành sao sẽ bị chặn đứng.

Điều đó có nghĩa là một hố đen siêu lớn có thể tự mình làm “tắt” thiên hà, biến nó từ một nơi sinh sôi sao mới thành một thiên hà già cỗi, ít hoạt động. Đây là một mảnh ghép quan trọng để giải thích vì sao nhiều thiên hà lớn trong vũ trụ dường như ngừng hình thành sao dù vẫn còn vật chất xung quanh.

Một điểm đặc biệt đáng chú ý trong nghiên cứu này là nhóm khoa học đã quan sát được sự liên kết giữa việc hố đen hút vào và tống ra vật chất, qua đó lần đầu tiên xác lập mối liên hệ nhân quả trực tiếp giữa quá trình bồi tụ và phản hồi.

Giáo sư Ken Pounds từ Đại học Leicester (Anh), trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Việc theo dõi các luồng khí nóng mang tính tương đối tính này mở ra cơ hội hiếm có để chứng kiến cách một hố đen siêu lớn tăng trưởng theo thời gian. Đây là minh chứng sinh động về việc hố đen không chỉ hút vào, mà còn có thể phản ứng ngược lại với môi trường xung quanh một cách cực kỳ mạnh mẽ”.

Khi những luồng khí tốc độ cao bị thổi ra từ hố đen, chúng không chỉ ảnh hưởng đến việc hình thành sao, mà còn tái cấu trúc vật chất trong thiên hà, tạo ra các vùng “chết” lạnh lẽo và thay đổi hoàn toàn tiến trình phát triển của cả một hệ sao.

Với khả năng quan sát ngày càng tinh vi từ các kính thiên văn không gian như XMM-Newton, James Webb và các thế hệ tiếp theo, chúng ta đang tiến gần hơn bao giờ hết đến việc giải mã vai trò của hố đen trong sự tiến hóa của vũ trụ.

Hoàng Vũ