Lần đầu tiên đo được năng lượng 'tia nhảy múa' từ hố đen Cygnus X-1
Các nhà khoa học vừa đạt được bước đột phá khi lần đầu tiên định lượng chính xác năng lượng phát ra từ hố đen đầu tiên từng được phát hiện bởi loài người, Cygnus X-1. Nghiên cứu tiết lộ một hiện tượng vũ trụ ngoạn mục: những tia vật chất, được mệnh danh là 'tia nhảy múa' (dancing jets), phát sáng rực rỡ với cường độ tương đương hàng nghìn Mặt Trời và di chuyển với tốc độ lên tới 335 triệu dặm mỗi giờ, tức khoảng một nửa vận tốc ánh sáng. Những luồng vật chất này được xem là một trong những hiện tượng mạnh mẽ nhất trong vũ trụ.
Phát hiện đột phá được công bố trên tạp chí Nature Astronomy
Phát hiện quan trọng này đã được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Nature Astronomy, mang lại cái nhìn sâu sắc hơn về các hiện tượng năng lượng cực đoan trong vũ trụ. Nhà thiên văn học vô tuyến Steve Prabu từ Đại học Oxford, tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh rằng những tia vật chất này thuộc nhóm các hiện tượng giàu năng lượng nhất từng được biết đến. Hố đen Cygnus X-1, được phát hiện cách đây khoảng 60 năm khi sự tồn tại của hố đen vẫn còn là điều bí ẩn, nằm cách Trái Đất khoảng 7.000 năm ánh sáng trong chòm sao Thiên Nga và từ lâu đã trở thành một 'phòng thí nghiệm tự nhiên' cho nghiên cứu vật lý cực đoan.
Cỗ máy năng lượng khổng lồ và bước tiến đo lường
Cygnus X-1 có khối lượng lớn gấp khoảng 21 lần Mặt Trời và tồn tại trong một hệ sao đôi với ngôi sao đồng hành HDE 226868, có kích thước gần gấp đôi Mặt Trời. Hai thiên thể này quay quanh nhau với chu kỳ chỉ 5,6 ngày, tạo nên một 'vũ trụ xoắn ốc' đầy kịch tính. Giống như nhiều hố đen khác, Cygnus X-1 không chỉ hút vật chất mà còn phóng ra hai tia plasma cực mạnh theo hai hướng ngược nhau, hình thành từ đĩa bồi tụ - một cấu trúc xoáy gồm khí, bụi và vật chất quay với tốc độ cực lớn quanh hố đen.
Từ trường cực mạnh của hố đen đóng vai trò như một 'máy phóng', đẩy các dòng plasma ra ngoài không gian với tốc độ khủng khiếp. Trong nhiều thập kỷ, việc đo chính xác năng lượng của các tia này gặp khó khăn do chúng liên tục thay đổi vị trí và hướng đi. Tuy nhiên, nhờ mối quan hệ đặc biệt giữa Cygnus X-1 và ngôi sao đồng hành HDE 226868, các nhà nghiên cứu đã tìm ra giải pháp. Ngôi sao này thổi ra các luồng gió sao chứa hạt tích điện, va chạm với tia plasma từ hố đen, khiến chúng bị uốn cong và dao động, tạo nên hiện tượng 'nhảy múa'.
Kết quả đo lường gây kinh ngạc
Bằng cách kết hợp dữ liệu từ nhiều kính thiên văn vô tuyến trên toàn cầu, nhóm nghiên cứu đã tái dựng hình ảnh chi tiết về chuyển động của các tia. Kết quả cho thấy các tia plasma của Cygnus X-1 đạt vận tốc xấp xỉ một nửa tốc độ ánh sáng và phát ra năng lượng tương đương độ sáng của khoảng 10.000 Mặt Trời, một con số gây kinh ngạc ngay cả với các nhà thiên văn kỳ cựu.
Giải mã 'chế độ ăn' và vai trò của hố đen trong vũ trụ
Việc đo lường năng lượng của các tia không chỉ là thành tựu kỹ thuật mà còn giúp hiểu rõ hơn cách hố đen 'ăn' và phát triển. Nghiên cứu chỉ ra rằng khoảng 10% năng lượng sinh ra từ vật chất rơi vào hố đen không bị nuốt trọn mà được chuyển hóa thành năng lượng của các tia plasma phóng ra ngoài. Đây là lần đầu tiên tỷ lệ này được xác định một cách đáng tin cậy, cho phép tính toán 'ngân sách năng lượng' hoàn chỉnh của một hố đen.
Giáo sư James Miller-Jones từ Đại học Curtin ví von quá trình này giống như 'đếm lượng calo, nhưng dành cho hố đen'. Phát hiện này có ý nghĩa vượt xa việc hiểu rõ một hố đen riêng lẻ. Ở quy mô lớn hơn, các tia plasma có thể đóng vai trò quan trọng trong việc định hình cấu trúc vũ trụ, ảnh hưởng đến sự hình thành sao, phân bố vật chất và tiến hóa của thiên hà. Đối với các hố đen siêu khối lượng ở trung tâm thiên hà, những tia này còn có khả năng 'điêu khắc' cấu trúc thiên hà chủ.
Mở ra hướng nghiên cứu mới về năng lượng vũ trụ
Phát hiện về 'những tia nhảy múa' của Cygnus X-1 không chỉ giải mã bí ẩn kéo dài hàng thập kỷ mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới về cách năng lượng được tạo ra và phân phối trong vũ trụ. Với sự phát triển của các kính thiên văn thế hệ mới, giới khoa học kỳ vọng sẽ tiếp tục làm sáng tỏ vai trò của hố đen, không chỉ là 'kẻ nuốt chửng' mà còn là 'nguồn phát năng lượng' có ảnh hưởng sâu rộng đến toàn bộ vũ trụ.
