Một nghiên cứu mới do Đại học Curtin dẫn đầu đã sử dụng mạng lưới kính thiên văn vô tuyến toàn cầu để ghi lại các hình ảnh tiết lộ nguồn năng lượng khổng lồ mà các tia phản lực từ hố đen mang theo. Kết quả củng cố những giả thuyết lâu nay về cách hố đen ảnh hưởng đến cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ.

Được công bố trên tạp chí Nature Astronomy, nghiên cứu tập trung vào Cygnus X-1, một hệ bao gồm hố đen đầu tiên được xác nhận cùng với một ngôi sao siêu khổng lồ. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng các tia phản lực do hệ này tạo ra mang năng lượng tương đương với 10.000 Mặt Trời.

Để thực hiện phép đo này, các nhà khoa học đã kết nối các kính thiên văn trên khoảng cách rất lớn, tạo thành một hệ quan sát có kích thước tương đương Trái Đất. Nhờ đó, họ có thể theo dõi cách các tia phản lực bị đẩy và biến dạng bởi gió sao cực mạnh khi hố đen quay quanh ngôi sao đồng hành, tương tự như cách những cơn gió mạnh có thể làm rối dòng nước của một đài phun.

Bằng cách phân tích cường độ gió sao và mức độ lệch hướng của các tia phản lực, nhóm nghiên cứu lần đầu tiên tính toán được công suất tức thời của các tia này.

Họ cũng xác định được vận tốc của các tia phản lực, đạt khoảng một nửa tốc độ ánh sáng, tương đương 150.000 km/giây. Đây là một giá trị mà các nhà khoa học đã gặp khó khăn trong việc xác định suốt nhiều thập kỷ.

Quan sát “những tia phản lực đang nhảy múa”

Dự án do Viện Thiên văn Vô tuyến Curtin (CIRA) và chi nhánh Curtin của Trung tâm Nghiên cứu Thiên văn Vô tuyến Quốc tế (ICRAR) dẫn đầu, phối hợp với Đại học Oxford.

Tác giả chính, Tiến sĩ Steve Prabu, cho biết nhóm đã dựa vào một chuỗi hình ảnh thể hiện cái mà ông gọi là “những tia phản lực đang nhảy múa”. Cụm từ này mô tả cách các tia liên tục thay đổi hướng khi bị gió mạnh từ ngôi sao siêu khổng lồ tác động trong quá trình hai thiên thể quay quanh nhau.

Ông giải thích rằng phép đo này giúp các nhà khoa học ước tính lượng năng lượng phát ra gần hố đen được truyền ra môi trường xung quanh, nơi nó có thể làm biến đổi môi trường.

“Một phát hiện quan trọng từ nghiên cứu này là khoảng 10% năng lượng giải phóng khi vật chất rơi vào hố đen được mang đi bởi các tia phản lực,” ông nói. “Đây là điều các nhà khoa học thường giả định trong các mô hình mô phỏng vũ trụ quy mô lớn, nhưng trước đây rất khó xác nhận bằng quan sát.”

Ý nghĩa đối với vật lý thiên văn và sự tiến hóa của thiên hà

Đồng tác giả, Giáo sư James Miller-Jones, cho biết các phương pháp trước đây chỉ có thể ước tính công suất của tia phản lực trung bình trong hàng nghìn hoặc hàng triệu năm, khiến việc so sánh trực tiếp với năng lượng tia X phát ra khi vật chất rơi vào hố đen trở nên khó khăn.

“Và bởi vì các lý thuyết của chúng ta cho rằng vật lý xung quanh hố đen khá tương đồng, giờ đây chúng ta có thể sử dụng phép đo này làm điểm chuẩn để hiểu các tia phản lực, chúng xuất phát từ những hố đen có khối lượng gấp 10 lần hay 10 triệu lần Mặt Trời,” ông nói.

“Với các dự án kính thiên văn vô tuyến như Đài quan sát Square Kilometre Array hiện đang được xây dựng ở Tây Úc và Nam Phi, chúng tôi kỳ vọng sẽ phát hiện các tia phản lực từ hố đen trong hàng triệu thiên hà xa xôi. Điểm chuẩn từ phép đo mới này sẽ giúp hiệu chỉnh công suất tổng thể của chúng.”

“Các tia phản lực từ hố đen cung cấp một nguồn phản hồi quan trọng cho môi trường xung quanh và đóng vai trò then chốt trong việc hiểu sự tiến hóa của các thiên hà.”