Các kính viễn vọng hợp lực quan sát hố đen M87. Video: Science Alert/EHT.
Cách đây hai năm, các nhà thiên văn học làm việc trong dự án Kính viễn vọng Chân trời sự kiện (EHT) công bố ảnh chụp hố đen M87 ở cách Trái Đất 55 triệu năm ánh sáng và có khối lượng lớn bằng 6,5 tỷ Mặt Trời. Bức ảnh này là hình ảnh quan sát trực tiếp đầu tiên của hố đen mà nhân loại từng ghi lại được. Vào mùa xuân năm 2017, nhóm nghiên cứu EHT thu thập một số dữ liệu giúp tạo ra bức ảnh đi vào lịch sử với gần 20 kính viễn vọng cực mạnh trên mặt đất và trong không gian đang dùng để nghiên cứu hố đen M87.
Nghiên cứu mới mô tả bộ dữ liệu khổng lồ này, bao gồm những quan sát ở nhiều dải bước sóng, thu thập thông qua Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA, Đài quan sát tia X Chandra, Đài quan sát nhanh Neil Gehrels, Tập hợp kính viễn vọng phổ học hạt nhân (NuSTAR) và Kính viễn vọng không gian tia gamma Fermi, cùng với nhiều kính khác.
"Chúng tôi biết bức ảnh trực tiếp đầu tiên của hố đen sẽ gây chấn động", đồng tác giả nghiên cứu Kazuhiro Hada ở Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản, cho biết. "Nhưng để tìm hiểu nhiều nhất từ bức ảnh đặc biệt này, chúng tôi cần biết mọi thứ về hành vi của hố đen ở thời điểm đó bằng cách quan sát toàn bộ quang phổ điện từ".
Hành vi đó bao gồm phóng những luồng tia, hay chùm bức xạ và hạt di chuyển nhanh phun ra từ hố đen M87. Giới thiên văn học cho rằng luồng tia như vậy là nguồn tia vũ trụ mang năng lượng cao nhất với các hạt bay qua vũ trụ nhanh gần bằng tốc độ ánh sáng. Dữ liệu mới tổng hợp từ các đợt quan sát đồng thời trên quy mô rộng nhất từng được tiến hành với hố đen và luồng tia. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters.
Trong nghiên cứu, hình ảnh phóng to hé lộ chiếc bóng của M87 và hào quang ở bên trên. Hố đen siêu khối lượng đang hoạt động, phun ra vật chất từ đĩa khí và bụi nóng bao quanh. Một trong những quá trình phức tạp đang diễn ra là luồng tia tương đối phóng ra từ vùng cực của hố đen. Hiện nay, các nhà nghiên cứu cho rằng không thứ gì có thể thoát khỏi hố đen một khi tới quá gần, nhưng không phải mọi vật chất ở đĩa bồi tụ xoay quanh hố đen đều bị cuốn vào chân trời sự kiện. Vẫn có một lượng nhỏ vật chất di chuyển từ vùng phía trong đĩa bồi tụ tới vùng cực bằng cách nào đó, tại đó chúng bắn vào không gian dưới dạng luồng tia plasma ion hóa, ở tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng.
Các nhà nghiên cứu cho rằng từ trường của hố đen cũng góp phần vào quá trình trên. Theo giả thuyết này, những đường từ trường đóng vai trò như máy gia tốc thúc đẩy vật chất trước khi phóng chúng đi ở tốc độ cực lớn. Trong trường hợp của M87, tốc độ luồng tia tương đối bằng 99% vận tốc ánh sáng. Ánh sáng từ luồng tia trải khắp quang phổ điện từ. Do đó, quan sát luồng tia ở một dải bước sóng có thể dẫn tới sót thông tin về năng lượng của cấu trúc.
Phân tích đầu tiên của nhóm nghiên cứu về bộ dữ liệu rất thú vị. Kết quả phân tích hé lộ ở thời điểm Kính viễn vọng Chân trời sự kiện tiến hành các quan sát vào tháng 4/2017, vùng xung quanh hố đen đang ở thời kỳ mờ nhất, có nghĩa hố đen M87 trở thành vật sáng nhất trong môi trường xung quanh. Bức xạ gamma, có thể sinh ra từ tương tác với tia vũ trụ, không phát ra gần chân trời sự kiện của hố đen mà ở khu vực xa hơn.
An Khang (Theo Space)