Một đội nhà thiên văn vừa nhận ra một ứng cử viên lỗ đen nhỏ nhất từ trước đến nay với dữ liệu thu từ Thiết bị Khảo sát Định giờ Tia X Rossi của NASA (RXTE). Bằng chứng phát sinh từ một loại đồ thị tia X đặc biệt, gọi là ‘nhịp tim’ vì sự tương tự của nó với một điện tâm đồ. Kiểu đồ thị đó cho đến nay chỉ được ghi nhận trong một hệ lỗ đen khác.
Tên là IGR J17091-3624, đặt theo tọa độ thiên văn của vị trí của nó trên bầu trời, hệ đôi trên gồm một ngôi sao bình thường với một lỗ đen có lẽ nhẹ hơn mặt trời của chúng ta ba lần. Khối lượng đó nằm gần ranh giới khối lượng lí thuyết mà lỗ đen có thể tồn tại.
Chất khí từ ngôi sao bình thường đó tuôn dòng về phía lỗ đen và tạo ra một cái đĩa xung quanh nó. Sự ma sát bên trong đĩa làm nóng chất khí lên hàng triệu độ, nhiệt độ đủ nóng để phát ra tia X. Sự biến thiên có chu kì trong cường độ của tia X quan sát thấy phản ánh các quá trình xảy ra bên trong đĩa chất khí. Các nhà khoa học nghĩ rằng những biến thiên nhanh nhất xảy ra ở gần chân trời sự kiện của lỗ đen, điểm mà vượt qua nó thì không có cái gì, kể cả ánh sáng, có thể thoát ra ngoài.
Các nhà thiên văn lần đầu tiên biết đến hệ đôi trên trong một vụ bùng nổ hồi năm 2003. Dữ liệu lưu trữ từ những sứ mệnh vũ trụ khác nhau cho thấy nó trở nên hoạt tính sau mỗi vài năm. Vụ nổ gần đây nhất của nó bắt đầu hồi tháng 2 và vẫn đang tiếp diễn. Hệ trên nằm theo hướng của chòm sao Scorpius, nhưng khoảng cách đến nó chưa được xác định rõ. Nó có thể là gần 16.000 năm ánh sáng hoặc xa hơn 65.000 năm ánh sáng.
Ảnh: NASA
Giữ kỉ lục cho khả năng biến thiên tia X ngưỡng rộng là một hệ đôi lỗ đen khác tên là GRS 1915+105. Hệ này độc đáo ở chỗ nó biểu hiện hơn một tá kiểu đồ thị có cấu trúc cao, thường kéo dài hàng giây đến hàng giờ.
“Chúng tôi nghĩ đa số những đồ thị này biểu diễn chu kì tích tụ và phun trào trong một cái đĩa không bền, và nay chúng ta thấy bảy trong số chúng ở IGR J17091," phát biểu của Tomaso Belloni tại Đài thiên văn Brera ở Merate, Italy. “Việc nhận ra những dấu hiệu này ở một hệ lỗ đen thứ hai là rất thú vị.”
Ở GRS 1915, từ trường mạnh ở gần chân trời sự kiện của lỗ đen làm vọt ra một lượng chất khí thành hai dòng hướng ngược chiều nhau thổi ra ngoài ở tốc độ khoảng 98% tốc độ ánh sáng. Cực đại của nhịp tim phát xạ của nó tương ứng với sự xuất hiện của dòng chất khí.
Các biến thiên phổ tia X mà RXTE quan sát thấy trong mỗi nhịp tim cho thấy vùng bên trong nhất của cái đĩa phát ra đủ bức xạ để đẩy lùi chất khí, tạo ra một luồng gió mạnh hướng ra ngoài làm dừng dòng chảy vào bên trong, trong chốc lát ngăn cơn đói ăn của lỗ đen và làm tắt dòng chất khí. Điều này tương ứng với sự phát xạ yếu nhất. Cuối cùng, cái đĩa bên trong quá sáng và nóng nên về cơ bản nó tan rã và tuôn về phía lỗ đen, tạo trở lại dòng chất khí và bắt đầu một chu kì mới. Toàn bộ quá trình này xảy ra trong có 40 giây thôi.
Trong khi chẳng có bằng chứng trực tiếp nào rằng IGR J17091 có một dòng hạt, thì dấu hiệu nhịp tim của nó cho thấy những quá trình tương tự đang diễn ra. Các nhà nghiên cứu cho biết nhịp tim phát xạ của hệ này có thể yếu hơn 20 lần so với GRS 1915 và có thể quay vòng nhanh hơn chừng 8 lần, tức là chu kì khoảng 5 giây.
Các nhà thiên văn ước tính GRS 1915 có khối lượng khoảng 14 lần khối lượng mặt trời, khiến nó là một trong những lỗ đen to nhất từng được biết hình thành do sự co lại của một ngôi sao. Đội nghiên cứu đã phân tích sáu tháng quan sát RXTE để so sánh hai hệ, và kết luận rằng IGR J17091 phải có một lỗ đen nhỏ.
“Giống hệt như nhịp tim của chuột thì nhanh hơn nhịp tim của voi, tín hiệu nhịp tim từ những lỗ đen này tỉ lệ theo khối lượng của chúng,” phát biểu của Diego Altamirano, một nhà thiên văn vật lí tại trường Đại học Amsterdam ở Hà Lan và là tác giả đứng đầu của một bài báo mô tả các kết quả trên số ra ngày 4 tháng 11 của tạp chí The Astrophysical Journal Letters.
Các nhà nghiên cứu cho biết phân tích này chỉ là sự bắt đầu của một chương trình lớn hơn nhằm so sánh cả hai lỗ đen này một cách chi tiết với dữ liệu thu từ RXTE, vệ tinh Swift của NASA và đài thiên văn XMM-Newton của châu Âu.
Được phóng lên hồi cuối năm 1995, RXTE chỉ đứng sau Hubble về phương diện phục vụ lâu nhất trong những sứ mệnh thiên văn vũ trụ đang hoạt động của NASA. RXTE mang lại một cánh cửa quan sát độc nhất vô nhị để nhìn vào môi trường cực độ của các sao neutron và lỗ đen.
Dịch bởi KaDick - thuvienvatly.com
Nguồn: NASA
