Lỗ đen đói sao có thể thổi ‘bọt’ thiên hà

Ảnh minh họa những bọt tia gamma do Kính thiên văn vũ trụ Tia gamma Fermi khám phá hồi năm ngoái. (Ảnh: NASA)

Những cái bọt khổng lồ chứa các chất liệu phát xạ tia gamma bao xung quanh Dải Ngân hà được tạo ra bởi lỗ đen nằm tại trung tâm của thiên hà của chúng ta – và nó rất thèm ăn sao – đó là kết luận của một đội nhà thiên văn quốc tế.

Hồi tháng 11 năm ngoái, các nhà thiên văn sử dụng Kính thiên văn vũ trụ Tia gamma Fermi đã công bố các chi tiết của một cấu trúc khổng lồ trước đây chưa từng trông thấy bùng ra từ lõi của Dải Ngân hà (xem hình). Trải ra chừng 25.000 năm ánh sáng lên phía trên và phía dưới đĩa chính của thiên hà của chúng ta, gờ bao sắc nét của hai cái “bọt” phát xạ tia gamma này gợi ý một sự giải phóng nhanh và quy mô lớn của năng lượng là nguyên nhân sinh ra chúng.

Một số nhà thiên văn đã cho rằng lỗ đen siêu khối nằm tại tâm của thiên hà của chúng ta đang cấp năng lượng cho những cái bọt bí ẩn trên, nhưng quá trình chính xác thì vẫn chưa ai rõ. Nay một đội gồm các nhà nghiên cứu đứng đầu là K S Cheng tại trường Đại học Hong Kong vừa sáng tạo ra một mô hình giúp giải quyết vấn đề trên.

Bắt giữ các sao

“Tôi đang làm việc với Vladimir Dogiel, thuộc Viện Vật lí P N Lebedev ở Moscow, về mối liên hệ giữa những hiện tượng năng lượng cao bất thường tại trung tâm thiên hà và sự bắt giữ sao do lỗ đen trung tâm gây ra”, Cheng phát biểu. “Khi chúng tôi nhìn thấy sự khám phá ra các bọt hồi năm ngoái, chúng tôi đã nhận ra rằng đó cũng là một hiện tượng có thể bao gộp trong mô hình của chúng tôi”.

Lỗ đen tại tâm của Dải Ngân hà là một vật thể kếch xù với khối lượng gấp bốn triệu lần khối lượng của Mặt trời. Nó nổi tiếng là nuốt gọn hết bất kì cái gì bén mảng đến quá gần, và mô hình của Cheng đề xuất rằng nó nuốt lấy các ngôi sao ở tốc độ 100 sao trong mỗi 3 triệu năm. Các nhà thiên văn học tin rằng chỉ có 50% khối lượng của ngôi sao bị lỗ đen ăn thịt; còn phân nửa khối lượng còn lại bị nó “ợ” ra không gian vũ trụ trước khi đạt tới điểm không thể quay trở lại.

Sự ợ hơi này thổi ra những dòng plasma rất nóng – với năng lượng khoảng 10 keV – vào quầng thiên hà bao xung quanh, làm tăng nhiệt độ xung quanh. Khi nóng lên, quầng thiên hà giãn nở. Mô hình của Cheng mô tả làm thế nào, khi lỗ đen tiếp tục ăn thịt sao, các sóng xung kích được tạo ra khi plasma nóng liên tục và đều đặn được bơm vào quầng thiên hà. “Chúng tôi sử dụng sự tương tự của việc Mặt trời phát gió mặt trời vào hệ mặt trời”, Cheng nói. “Khi gió mặt trời thổi tung plasma, nó còn sinh ra một cái bọt: đó là nhật quyển”.

Các máy gia tốc hạt

Mỗi sóng xung kích tác dụng như một máy gia tốc, làm tăng tốc độ của các electron bên trong plasma đến gần tốc độ của ánh sáng. Thật vậy, Cheng hi vọng rằng năng lượng của sóng xung kích phía trước tại tâm thiên hà là lớn gấp 100 lần năng lượng tạo ra bởi một vụ nổ sao siêu mới. Những electron tốc độ cao này tương tác với các photon trong quầng thiên hà, đưa một số hạt trong chúng lên đến năng lượng tia gamma quan sát thấy ở các bọt.

Sự xác nhận lí thuyết của Cheng có thể sắp diễn ra. “Chúng tôi hiện đang chạy chương trình mô phỏng tiếp theo của mình và chúng tôi hi vọng có được một bản đồ lí thuyết của sự phân bố tia gamma trong quầng thiên hà. Bản đồ của chúng tôi khi đó có thể sánh với những bản đồ xây dựng qua các quan sát bằng kính thiên văn”, Cheng giải thích. “Công việc đang triển khai nhưng chúng tôi hi vọng có một số kết quả trong sáu đến chín tháng tới”.

Nguồn: physicsworld.com