Các nhà khoa học đã làm sáng tỏ bí ẩn về thời điểm các lỗ đen “đe dọa” – khi các thiên thể bắn ra những tia năng lượng sau khi ăn các ngôi sao, làm nổ tung khoảng cách rộng lớn trong không gian.
Lỗ đen là những vật thể rất dày đặc, sau một thời điểm nhất định, lực hấp dẫn của chúng quá mạnh để có thể đẩy ánh sáng và vật chất ra ngoài. Ranh giới không quay trở lại này được gọi là chân trời sự kiện – điểm mà tại đó việc thoát ra sẽ đòi hỏi một thứ gì đó chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Tiến sĩ Adele Goodwin, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Curtin ở Tây Úc, cho biết, mặc dù nổi tiếng là lỗ vũ trụ nhưng lỗ đen “thực sự là kẻ ăn uống rất bừa bộn”.
Goodwin, cũng là thành viên của Quỹ nghiên cứu Forrest, cho biết: “Bạn phải thực sự đến gần một lỗ đen để đến được chân trời sự kiện”. “Sau đó các ngôi sao sẽ bị phá hủy.”
Goodwin cho biết các nhà khoa học biết được từ những quan sát hiếm hoi về các ngôi sao bị lỗ đen xé nát – một quá trình liên quan đến hiệu ứng kéo dài được gọi là “spaghettiization” – rằng “chỉ có khoảng một nửa số ngôi sao tiếp cận lỗ đen cuối cùng bị nuốt chửng”.
Những vật chất khác được đưa trở lại không gian dưới dạng những tia và dòng chảy mạnh, đôi khi lớn đến mức “chúng có thể ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình tiến hóa của thiên hà”. “Bạn có thể coi nó như một lỗ đen.”
Nhưng thời điểm xảy ra những lần ợ hơi này trước đây vẫn là một bí ẩn đối với các nhà vật lý thiên văn. “Đôi khi điều này xảy ra một năm sau khi lỗ đen bị phá hủy, đôi khi là ba hoặc năm năm sau.”
Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên, Goodwin và đồng tác giả Tiến sĩ Andrew Mummery của Viện nghiên cứu nâng cao tin rằng họ đã tìm ra câu trả lời bằng cách sử dụng kính thiên văn vô tuyến để nghiên cứu 20 sự kiện gián đoạn thủy triều – trường hợp các ngôi sao bị lỗ đen siêu lớn ăn thịt.
Goodwin nói: “Radio là tần số duy nhất mà chúng ta có thể theo dõi máy bay và dòng hải lưu khi chúng di chuyển ra ngoài”.
Họ phát hiện ra rằng các lỗ đen siêu lớn, có kích thước từ hàng trăm nghìn đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời của chúng ta, bắn ra những tia cực mạnh trong hai giai đoạn riêng biệt trong chu kỳ kiếm ăn của chúng.
Lần đầu tiên xảy ra khi lỗ đen ăn vào với tốc độ rất cao. Lần thứ hai xảy ra hàng trăm đến hàng nghìn ngày sau khi ngôi sao bị xé toạc, khi tốc độ bồi tụ chậm lại khoảng 2% tốc độ tối đa mà lỗ đen có thể nuốt chửng vật chất.
Ngưỡng tương tự đã được biết là tạo ra các lỗ đen sao, các vật thể nhỏ hơn nhiều khoảng 10 đến 50 lần khối lượng Mặt trời của chúng ta.
Goodwin cho biết nghiên cứu cho thấy các lỗ đen, bất kể kích thước của chúng, đều giải phóng các tia nước tại một thời điểm nào đó trong chu kỳ kiếm ăn của chúng. Ông cho biết phát hiện này sẽ cho phép các nhà khoa học dự đoán chính xác khi nào những tia này sẽ được phóng ra, thu hẹp cửa sổ quan sát và giải phóng thời gian quý giá của kính thiên văn.
Ông nói thêm: “Chúng tôi thực sự không chỉ có thể tìm ra thời điểm các tia được phóng ra mà còn biết chúng mạnh đến mức nào và liệu điều đó có phụ thuộc vào đặc tính của lỗ đen hay không.”
Tiến sĩ Sarah Webb, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Swinburne, người không tham gia nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi vẫn đang cố gắng làm sáng tỏ các nguyên tắc cơ bản của vật thể cực đoan nhất trong vũ trụ – lỗ đen siêu lớn”.
Webb cho biết nghiên cứu cho thấy “các lỗ đen siêu lớn hoạt động theo cách rất có thể dự đoán được ở hai thời điểm xa xôi trong quá trình tiến hóa của chúng” và các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một “mối liên hệ”.[d] Điều này quay trở lại với những gì chúng ta đã thấy trước đây ở quy mô nhỏ hơn nhiều trong các lỗ đen của sao.”
