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

Công bố trên tạp chí Nature Astronomy, nghiên cứu tập trung vào Cygnus X-1—một hệ gồm hố đen đầu tiên từng được xác nhận và một ngôi sao siêu khổng lồ đồng hành. Các nhà khoa học phát hiện rằng các tia vật chất do hệ này tạo ra mang năng lượng tương đương với 10.000 Mặt Trời.

Để thực hiện phép đo, các nhà nghiên cứu đã liên kết các kính thiên văn ở khoảng cách rất xa, tạo thành một hệ quan sát có kích thước tương đương Trái Đất. Nhờ đó, họ theo dõi được cách các tia bị đẩy và biến dạng bởi gió sao cực mạnh khi hố đen quay quanh ngôi sao đồng hành—tương tự như những cơn gió mạnh có thể làm lệch dòng nước của một đài phun.

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

Họ cũng xác định được vận tốc của các tia này, đạt khoảng một nửa tốc độ ánh sáng, tương đương 150.000 km/giây—một giá trị vốn khó xác định trong suốt nhiều thập kỷ qua.

Quan sát “những tia 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) chủ trì, phối hợp với Đại học Oxford.

Tác giả chính, Tiến sĩ Steve Prabu, cho biết nhóm đã dựa vào chuỗi hình ảnh mô tả cái mà ông gọi là “những tia nhảy múa”. Thuật ngữ này dùng để chỉ sự thay đổi hướng liên tục của các tia khi chúng bị gió mạnh từ ngôi sao siêu khổng lồ đẩy lệch trong quá trình hai thiên thể quay quanh nhau.

Theo ông Prabu, phép đo này giúp các nhà khoa học ước tính phần năng lượng từ vùng lân cận hố đen được truyền ra môi trường xung quanh—nơi nó có thể làm biến đổi môi trường vũ trụ.

“Một phát hiện quan trọng là khoảng 10% năng lượng giải phóng khi vật chất rơi vào hố đen được các tia mang đi,” ông nói. “Đây là giả định thường dùng 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 thiên văn học và tiến hóa thiên hà

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

“Do các lý thuyết cho thấy vật lý quanh các hố đen có tính tương đồng, chúng ta giờ đây có thể dùng phép đo này làm mốc chuẩn để hiểu các tia—dù chúng xuất phát từ hố đen có khối lượng gấp 10 hay 10 triệu lần Mặt Trời,” ông nói.

Ông cũng cho biết, với các dự án kính thiên văn vô tuyến như Square Kilometre Array đang được xây dựng tại Úc và Nam Phi, các nhà khoa học kỳ vọng sẽ phát hiện các tia từ hố đen trong hàng triệu thiên hà xa xôi. Mốc chuẩn mới này sẽ giúp hiệu chỉnh các ước tính về tổng năng lượng của chúng.

Các tia từ hố đen được xem là nguồn “phản hồi” quan trọng đối với môi trường xung quanh, đóng vai trò then chốt trong việc định hình và tiến hóa của các thiên hà trong vũ trụ.