Năm ngoái, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một lỗ đen yên tĩnh trong một thiên hà xa xôi đã phun trào sau khi vỡ vụn và tiêu thụ một ngôi sao đi qua. Bây giờ các nhà nghiên cứu đã xác định được tín hiệu tia X đặc biệt được quan sát thấy trong những ngày sau khi vụ nổ xuất phát từ vật chất trên bờ vực rơi vào lỗ đen.
Tín hiệu câu chuyện này, được gọi là dao động bán nguyệt hoặc QPO, là một đặc điểm đặc trưng của các đĩa bồi tụ thường bao quanh các vật thể nhỏ gọn nhất trong vũ trụ - sao lùn trắng, sao neutron và lỗ đen. QPO đã được nhìn thấy trong nhiều lỗ đen khối lượng lớn, và có bằng chứng trêu ngươi về chúng trong một vài lỗ đen có thể có khối lượng trung bình từ 100 đến 100.000 lần mặt trời.
Cho đến khi phát hiện mới, QPO chỉ được phát hiện xung quanh một lỗ đen siêu lớn - loại chứa hàng triệu khối lượng mặt trời và nằm ở trung tâm của các thiên hà. Vật thể đó là thiên hà loại Seyfert REJ 1034 + 396, ở khoảng cách 576 triệu năm ánh sáng nằm tương đối gần nhau.
Phát hiện này mở rộng phạm vi của chúng ta đến rìa trong cùng của một lỗ đen nằm cách xa hàng tỷ năm ánh sáng, điều này thực sự đáng kinh ngạc. Điều này cho chúng ta cơ hội khám phá bản chất của hố đen và kiểm tra tính tương đối của Einstein vào thời điểm vũ trụ rất khác so với ngày nay, ông Rubens Reis, Nghiên cứu sinh tiến sĩ Einstein tại Đại học Michigan ở Ann Arbor cho biết. Reis đã lãnh đạo nhóm phát hiện ra tín hiệu QPO bằng cách sử dụng dữ liệu từ các kính viễn vọng tia X Suzaku và XMM-Newton, một phát hiện được mô tả trong một bài báo được công bố hôm nay trên Science Express.
Nguồn tia X được gọi là Swift J1644 + 57 - sau khi tọa độ thiên văn của nó trong chòm sao Draco - được phát hiện vào ngày 28 tháng 3 năm 2011, bởi vệ tinh NASA Swift Swift. Ban đầu nó được coi là một loại bùng phát phổ biến hơn được gọi là vụ nổ tia gamma, nhưng sự mờ dần dần của nó không khớp với những gì đã thấy trước đó. Các nhà thiên văn học đã sớm hội tụ ý tưởng rằng những gì họ đang nhìn thấy là hậu quả của một sự kiện thực sự phi thường - sự thức tỉnh của một hố đen thiên hà xa xôi khi nó vỡ vụn và nuốt chửng một ngôi sao đi qua. Thiên hà ở rất xa nên ánh sáng từ sự kiện phải truyền đi 3,9 tỷ năm trước khi đến Trái đất.
Thông tin video: Vào ngày 28 tháng 3 năm 2011, NASA Từ Swift đã phát hiện các tia sáng tia X dữ dội được cho là do một lỗ đen nuốt chửng một ngôi sao. Trong một mô hình, được minh họa ở đây, một ngôi sao giống như mặt trời trên quỹ đạo lệch tâm lao quá gần lỗ đen trung tâm thiên hà của nó. Khoảng một nửa khối lượng sao Star cung cấp một đĩa bồi tụ xung quanh lỗ đen, từ đó cung cấp năng lượng cho một tia hạt phát ra bức xạ về phía Trái đất. Ảnh: Trung tâm bay không gian NASA Goddard / Phòng thí nghiệm hình ảnh khái niệm
Ngôi sao đã trải qua những đợt thủy triều dữ dội khi nó chạm đến điểm gần nhất với lỗ đen và nhanh chóng bị xé toạc. Một phần khí của nó rơi xuống lỗ đen và tạo thành một đĩa xung quanh nó. Phần trong cùng của đĩa này được làm nóng nhanh đến nhiệt độ hàng triệu độ, đủ nóng để phát ra tia X. Đồng thời, thông qua các quá trình vẫn chưa được hiểu đầy đủ, các máy bay phản lực có hướng ngược chiều vuông góc với đĩa hình thành gần lỗ đen. Những chiếc máy bay phản lực này đã thổi bay vật chất ra bên ngoài với vận tốc lớn hơn 90% tốc độ ánh sáng dọc theo trục quay của lỗ đen. Một trong những máy bay phản lực này chỉ tình cờ hướng thẳng vào Trái đất.
Chín ngày sau khi bộc phát, Reis, Strohmayer và các đồng nghiệp của họ đã quan sát Swift J1644 + 57 bằng Suzaku, một vệ tinh tia X do Cơ quan thám hiểm hàng không vũ trụ Nhật Bản điều hành với sự tham gia của NASA. Khoảng mười ngày sau, họ sau đó bắt đầu một chiến dịch theo dõi dài hơn bằng cách sử dụng đài quan sát XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu.
Vì vật chất trong máy bay phản lực di chuyển rất nhanh và gần như lọt vào tầm nhìn của chúng tôi, nên hiệu ứng của thuyết tương đối đã tăng tín hiệu tia X của nó đủ để chúng tôi có thể bắt được QPO, nếu không thì rất khó phát hiện ở khoảng cách quá xa , Nói cho biết Tod Strohmayer, một nhà vật lý thiên văn và đồng tác giả của nghiên cứu tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Md.
Khi khí nóng trong đĩa trong cùng xoắn ốc hướng về một lỗ đen, nó đạt đến một điểm mà các nhà thiên văn học gọi là quỹ đạo tròn ổn định trong cùng (ISCO). Bất kỳ gần hơn với lỗ đen và khí nhanh chóng lao vào chân trời sự kiện, điểm không thể quay trở lại. Khí xoắn ốc bên trong có xu hướng chồng chất xung quanh ISCO, nơi nó trở nên cực kỳ nóng và tỏa ra một lũ tia X. Độ sáng của các tia X này thay đổi theo một mẫu lặp lại ở khoảng thời gian gần như đều đặn, tạo ra tín hiệu QPO.
Các dữ liệu cho thấy rằng Swift J1644 + 57 của QPO đạp xe mỗi 3,5 phút, mà đặt khu vực nguồn của nó giữa 2,2 và 5,8 triệu dặm (4-9.300.000 km) từ trung tâm của lỗ đen, khoảng cách chính xác tùy thuộc vào tốc độ của lỗ đen đang quay. Để đặt điều này trong phối cảnh, khoảng cách tối đa chỉ bằng khoảng 6 lần đường kính mặt trời của chúng ta. Khoảng cách từ khu vực QPO đến chân trời sự kiện cũng phụ thuộc vào tốc độ quay, nhưng đối với một lỗ đen quay với lý thuyết tốc độ tối đa cho phép, đường chân trời nằm ngay bên trong ISCO.
QPOs gửi cho chúng tôi thông tin từ rất nhiều lỗ đen, đó là nơi ảnh hưởng của thuyết tương đối trở nên cực đoan nhất, chuyên gia Reis nói. Khả năng đạt được cái nhìn sâu sắc về các quá trình này trong một khoảng cách rộng lớn như vậy là một kết quả thực sự đẹp và giữ lời hứa tuyệt vời.
Chú thích ảnh chính: Hình minh họa này nêu bật các tính năng chính của Swift J1644 + 57 và tóm tắt những gì các nhà thiên văn học đã khám phá về nó. Ảnh: Trung tâm bay không gian NASA God Goddard
