Giải mã bí ẩn hơn 40 năm về lỗ đen

Sau bức ảnh đầu tiên về một trong những vật thể khổng lồ nằm rải rác trong vũ trụ, các nhà vật lý thiên văn bắt đầu tập trung nghiên cứu hiểu cách chúng hình thành và phát triển.

Hố đen được sinh ra từ tàn dư của một ngôi sao lớn chết trong vụ nổ sao tân tinh. Mọi người thường nghĩ lỗ đen là một thứ gì đó trống rỗng, tham lam nuốt chửng mọi thứ trên đường đi của nó. Sự thật không phải như vậy! Chính xác hơn, lỗ đen là một lượng lớn vật chất được nén chặt trong một khu vực rất nhỏ, chẳng hạn như một ngôi sao nặng gấp mười lần Mặt trời được gói lại thành một quả cầu có đường kính gần bằng một thành phố. Kết quả là một trường hấp dẫn mạnh đến mức không thứ gì trên đời, thậm chí là ánh sáng, có thể thoát ra.

Khi chúng hút các vật chất như khí, bụi và mảnh vụn ở không gian, chúng tạo thành một đĩa bồi tụ - một khối các hạt siêu gia tốc nằm trong số những vật thể sáng nhất trong Vũ trụ. Một lỗ đen khổng lồ tại trung tâm được bao quanh bởi vật chất đang trôi dần vào lỗ đen chính là đĩa bồi tụ.

Đĩa bồi tụ có thể được nhìn thấy như một vòng vật chất sáng xoáy xung quanh lỗ đen. Nhưng các đĩa bồi tụ gần như luôn luôn nghiêng theo một góc so với hướng của lỗ đen, được gọi là mặt phẳng xích đạo của nó.

Năm 1975, nhà vật lý đoạt giải Nobel John Bardeen và nhà vật lý thiên văn Jacobus Petterson đã đưa ra giả thuyết rằng một lỗ đen đang quay sẽ khiến vùng bên trong của một đĩa bồi tụ nghiêng thẳng hàng với mặt phẳng xích đạo của lỗ đen. Nhưng cho đến bây giờ, giới khoa học vẫn chưa thể lý giải được điều này.

Một nhóm các nhà vật lý thiên văn từ Đại học Northwestern (Mỹ), Đại học Oxford (Anh) và Đại học Amsterdam (Hà Lan) đã sử dụng các công cụ xử lý đồ họa để tạo ra các tập dữ liệu lớn và mô phỏng cách các lỗ đen tương tác với các đĩa bồi tụ của chúng.

Điều quan trọng là, cách tiếp cận này đã giúp họ tính toán, giải thích hiện tượng nhiễu loạn từ trường, xảy ra khi các hạt khác nhau khuấy động ở tốc độ khác nhau trong đĩa bồi tụ. Chính xác là hiệu ứng điện từ này khiến vật chất rơi xuống trung tâm của lỗ đen.

Phó giáo sư vật lý và thiên văn học Alexander Tchekhovskoy tại Đại học Tây Bắc, bang Illinois, Mỹ đã mô phỏng hiện tượng vật chất tích tụ gần một lỗ đen bằng cách ném phi tiêu về phía bảng một cách ngẫu nhiên.

Theo ông, nếu chúng ta không nhắm vào mục tiêu thì sẽ không bao giờ ném trúng đích. Theo cách tương tự, khi vật chất rơi vào lỗ đen sẽ quay một vài vòng nhưng không ảnh hưởng gì đến việc lỗ đen quay. Điều này dường như là một chi tiết nhỏ nhưng có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ quay của lỗ đen, do đó, chúng sẽ tác động đến các dải thiên hà xung quanh.

Hoạt động mô phỏng tạo ra một đĩa có hai tia khí và từ trường nhô ra từ trung tâm giống như đài phun nước cho thấy phần bên trong của đĩa bồi tụ thẳng hàng với đường xích đạo lỗ đen.

Trước đây, các nhà khoa học lo rằng khi họ tính đến tất cả các sự kiện xảy ra khi vật chất tương tác với lỗ đen, chẳng hạn như từ trường, nhiễu loạn trong đĩa, chuyển động xoáy thì những thứ đó có thể tác động tiêu cực tới tính liên kết của lỗ đen. Tuy nhiên, kết quả cho thấy, các phần bên trong của đĩa phù hợp với lỗ đen và các nhà khoa học có thể dựa vào đó để trả lời cho câu hỏi "Lỗ đen trông như thế nào?"