Ngày 18/10, Viện Công nghệ Israel (Technion) thông báo một nhóm nghiên cứu quốc tế đã phát hiện những dấu hiệu của các vụ phun trào mạnh trong vùng vật chất nóng bao quanh một hố đen siêu khối lượng thuộc thiên hà NGC 3783. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học The Astrophysical Journal Letters, cung cấp bằng chứng quan sát đầu tiên về sự xuất hiện của một hiện tượng vốn được ghi nhận trên Mặt Trời từ năm 1968 tại khu vực gần hố đen.

Nghiên cứu do nghiên cứu sinh Gal Vardi thuộc Khoa Vật lý của Technion chủ trì, dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Ehud Behar, với sự tham gia của các nhà khoa học đến từ Nhật Bản, châu Âu và Mỹ. Theo nhóm nghiên cứu, phát hiện đáng chú ý là những vụ phun trào từ trường mạnh trong môi trường gần hố đen có thể được thúc đẩy bởi các quá trình tương tự cơ chế gây ra bão Mặt Trời.

Bão Mặt Trời là hiện tượng liên quan đến sự giải phóng đột ngột năng lượng tích tụ trong từ trường của Mặt Trời. Quá trình này có thể tạo ra những đợt bức xạ mạnh và các dòng hạt mang điện lan truyền trong không gian. Khi tác động đến môi trường không gian gần Trái Đất, các hiện tượng thời tiết không gian liên quan đến hoạt động của Mặt Trời có thể gây nhiễu hoặc gián đoạn hoạt động của vệ tinh và hệ thống thông tin liên lạc.

Một trong những cơ chế vật lý quan trọng dẫn đến các vụ bùng phát năng lượng trên Mặt Trời là tái kết nối từ trường. Hiện tượng này xảy ra khi cấu trúc từ trường thay đổi, khiến năng lượng từ trường được giải phóng và chuyển thành những dạng năng lượng khác.

Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã nghiên cứu cơ chế này để tìm hiểu hoạt động của Mặt Trời. Tuy nhiên, việc xác định những dấu hiệu tương tự tại khu vực gần hố đen siêu khối lượng là một thách thức do điều kiện quan sát và môi trường vật lý rất khác biệt. Hố đen là vùng không gian có lực hấp dẫn mạnh đến mức ánh sáng cũng không thể thoát ra nếu đã vượt qua ranh giới được gọi là chân trời sự kiện.

Mặc dù không thể quan sát trực tiếp ánh sáng phát ra từ bên trong hố đen, các nhà thiên văn học có thể nghiên cứu vật chất và bức xạ ở khu vực xung quanh để tìm hiểu hoạt động của thiên thể này. Đặc biệt, vùng vật chất nóng gần hố đen có thể phát ra bức xạ năng lượng cao, trong đó có tia X. Những thay đổi của bức xạ này cung cấp thông tin quan trọng về các quá trình vật lý đang diễn ra.

Trong nghiên cứu mới, nhóm khoa học tập trung vào hố đen siêu khối lượng nằm trong thiên hà NGC 3783. Để theo dõi hoạt động tại khu vực xung quanh hố đen, các nhà nghiên cứu sử dụng dữ liệu quan sát từ hai kính viễn vọng không gian XRISM và XMM-Newton. XRISM là dự án hợp tác giữa Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA). Trong khi đó, XMM-Newton là kính viễn vọng không gian của ESA chuyên quan sát bức xạ tia X từ các nguồn thiên văn.

Việc kết hợp dữ liệu từ hai thiết bị giúp các nhà nghiên cứu phân tích bức xạ tia X phát ra từ vùng gần hố đen, đồng thời theo dõi những thay đổi của bức xạ trong quá trình quan sát. Thông qua phân tích, nhóm nghiên cứu xác định được một dạng biến đổi mang tên hiệu ứng Neupert. Đây là hiện tượng được phát hiện lần đầu trên Mặt Trời vào năm 1968, có liên quan đến mối quan hệ giữa các quá trình giải phóng năng lượng và sự phát triển của bức xạ trong những vụ bùng phát trên Mặt Trời.

Theo Technion, trước nghiên cứu này, hiệu ứng Neupert chưa từng được quan sát thấy tại khu vực gần một hố đen. Việc phát hiện dấu hiệu của hiệu ứng này trong dữ liệu tia X từ thiên hà NGC 3783 được xem là bằng chứng quan trọng cho thấy những quá trình vật lý tương tự có thể diễn ra trong các môi trường thiên văn khác nhau.

Bằng chứng mới về hoạt động từ trường trong vũ trụ

Bên cạnh hiệu ứng Neupert, các nhà nghiên cứu còn tìm thấy bằng chứng về những vụ phun trào liên quan đến tái kết nối từ trường và hiện tượng phóng vật chất từ vùng vành nhật hoa tương tự những gì được ghi nhận trên Mặt Trời. Vành nhật hoa là lớp khí nóng bao quanh Mặt Trời. Trong nghiên cứu về hố đen, thuật ngữ này cũng được sử dụng để chỉ vùng vật chất có nhiệt độ rất cao ở khu vực gần hố đen, nơi có thể phát ra bức xạ tia X mạnh.

Trên Mặt Trời, hiện tượng phóng vật chất từ vành nhật hoa thường liên quan đến sự giải phóng một lượng lớn plasma và từ trường ra không gian. Việc phát hiện bằng chứng về hiện tượng tương tự gần hố đen cho thấy những quá trình giải phóng năng lượng từ trường có thể không chỉ giới hạn ở các ngôi sao như Mặt Trời.

Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu không có nghĩa các vụ phun trào gần hố đen hoàn toàn giống bão Mặt Trời về quy mô, điều kiện hình thành hoặc mức độ tác động. Điểm tương đồng được các nhà khoa học nhấn mạnh nằm ở cơ chế vật lý liên quan đến từ trường và sự giải phóng năng lượng. Đáng chú ý, Mặt Trời và các hố đen siêu khối lượng tồn tại trong những điều kiện rất khác nhau. Trong khi Mặt Trời là một ngôi sao, các hố đen siêu khối lượng có khối lượng lớn gấp hàng triệu lần khối lượng Mặt Trời và chịu sự chi phối của trường hấp dẫn cực mạnh.

Chính sự khác biệt này khiến việc tìm thấy những dấu hiệu chung về hoạt động từ trường trở thành một kết quả có ý nghĩa đối với nghiên cứu vật lý thiên văn. Theo nhóm nghiên cứu, phát hiện tại NGC 3783 cho thấy các quá trình vật lý cơ bản gây ra bão Mặt Trời có thể hoạt động trong những môi trường vũ trụ khắc nghiệt hơn nhiều so với khu vực gần Trái Đất. Kết quả cũng góp phần cung cấp thêm cơ sở quan sát để nghiên cứu các vụ phun trào năng lượng cao và sự biến đổi bức xạ tại vùng vật chất bao quanh hố đen. Dù vậy, thông tin được công bố chưa cho phép kết luận những hiện tượng tương tự xuất hiện phổ biến đến mức nào tại các hố đen khác hoặc có cùng đặc điểm trong mọi điều kiện.

Phát hiện mới vì thế mở ra thêm hướng nghiên cứu về vai trò của từ trường trong hoạt động của hố đen siêu khối lượng, đồng thời cho thấy giá trị của việc kết hợp quan sát từ các kính viễn vọng tia X để tìm hiểu những quá trình vật lý diễn ra ở các vùng xa xôi của vũ trụ.