Lỗ đen trong thiên hà đang quay nhanh dẫn đến biến đổi không gian, thời gian

Không gian - thời gian là sự liên tục bốn chiều mô tả cách chúng ta nhìn không gian, kết hợp thời gian một chiều và không gian ba chiều với nhau để thể hiện kết cấu không gian uốn cong theo các thiên thể khổng lồ.

Một nhóm các nhà vật lý đã quan sát lỗ đen nằm cách Trái đất 26.000 năm ánh sáng bằng Đài quan sát tia X Chandra của Cơ quan hàng không, vũ trụ Mỹ (NASA) - một kính viễn vọng được thiết kế để phát hiện sự phát xạ tia X từ các vùng nóng của vũ trụ.

Họ tính toán tốc độ quay của Sagittarius A* bằng cách sử dụng cái gọi là phương pháp dòng chảy ra, xem xét sóng vô tuyến và phát xạ tia X có thể tìm thấy trong vật chất và khí xung quanh lỗ đen, hay còn gọi là đĩa bồi tụ, theo nghiên cứu được công bố ngày 21-10 của Hiệp hội thiên văn hoàng gia.

Các nhà nghiên cứu xác nhận rằng lỗ đen đang quay tròn, gây ra hiện tượng được gọi là hiệu ứng Lense-Thirring. Đây là hiện tượng xảy ra khi một lỗ đen kéo không-thời gian cùng với chuyển động quay của nó, tác giả chính của nghiên cứu - Ruth Daly hiện là giáo sư vật lý tại Đại học bang Pennsylvania (Mỹ), người đã thiết kế phương pháp dòng chảy ra hơn một thập kỷ trước cho biết.

Kể từ khi phát minh ra phương pháp dòng chảy ra, Daly đã nghiên cứu xác định tốc độ quay của nhiều lỗ đen khác nhau và là tác giả của một nghiên cứu năm 2019 khám phá hơn 750 lỗ đen siêu lớn.

Hình ảnh một hố đen trong vũ trụ

Daly nói với CNN: “Với tốc độ quay này, Sagittarius A* sẽ làm thay đổi đáng kể hình dạng của không-thời gian ở vùng lân cận của nó. Chúng ta đã quen suy nghĩ và sống trong một thế giới nơi tất cả các chiều không gian đều tương đương nhau - khoảng cách đến trần nhà, khoảng cách đến tường và khoảng cách đến sàn nhà… tất cả chúng đều là tuyến tính. Nhưng nếu bạn có một lỗ đen quay nhanh, thì không-thời gian xung quanh nó không đối xứng - lỗ đen quay đang kéo toàn bộ không-thời gian xung quanh nó… nó ép không-thời gian xuống, và nó trông giống như vậy, giống như một quả bóng đá” – bà nói.

Daly cho biết, sự thay đổi của không-thời gian không có gì đáng lo ngại, nhưng việc làm sáng tỏ hiện tượng này có thể rất hữu ích cho các nhà thiên văn học.

Nhà khoa học này nhấn mạnh: “Đó là một công cụ tuyệt vời để hiểu được vai trò của các lỗ đen trong sự hình thành và tiến hóa của thiên hà. Thực tế là chúng là những thực thể động có thể quay tròn… và về sau, điều đó có thể tác động đến thiên hà nơi nó đang tọa lạc – rất thú vị”.

Vòng quay của lỗ đen được gán cho giá trị từ 0 đến 1, với 0 nghĩa là lỗ đen không quay và 1 là giá trị quay tối đa. Daly cho biết trước đây không có sự đồng thuận về giá trị cho vòng quay của Sagittarius A*.

Theo Daly, với phương pháp dòng chảy ra, là phương pháp duy nhất sử dụng cả thông tin từ dòng chảy ra và từ vật chất trong vùng lân cận của lỗ đen Sagittarius A* được phát hiện có giá trị xung lượng góc quay trong khoảng từ 0,84 đến 0,96, trong khi đó M87* — một lỗ đen trong cụm thiên hà Xử Nữ cách Trái đất 55 triệu năm ánh sáng, được phát hiện quay ở giá trị 1 (với sai số lớn hơn là cộng hoặc trừ 0,2) và gần đạt khối lượng tối đa.

Daly cũng cho biết, mặc dù nhóm đã tìm thấy hai lỗ đen quay với tốc độ tương tự nhau, nhưng M87* có khối lượng lớn hơn nhiều so với Sagittarius A*, vì vậy Sagittarius A* có ít khoảng cách hơn để che phủ và quay nhiều lần hơn trong mỗi một vòng quay so với của M87*.

Daly giải thích: “Sagittarius A*quay nhanh hơn nhiều không phải vì nó có xung lượng góc quay cao hơn mà vì nó có khoảng cách di chuyển ít hơn khi quay một vòng”. Việc biết khối lượng và độ quay của lỗ đen giúp các nhà thiên văn học hiểu được lỗ đen có thể hình thành và phát triển như thế nào.

Dejan Stojkovic - giáo sư vũ trụ học tại Đại học Buffalo, người không tham gia nghiên cứu, cho biết các lỗ đen lớn hình thành do các lỗ đen nhỏ hơn hợp nhất thường có giá trị quay thấp. Tuy nhiên, một lỗ đen được tạo ra bằng sự bồi tụ của khí xung quanh sẽ có giá trị quay cao.

Ông cho biết tốc độ quay của Sagittarius A*, sẽ cho thấy rằng một phần đáng kể khối lượng của lỗ đen đến từ sự bồi tụ.

“Câu hỏi liệu lỗ đen thiên hà trung tâm của chúng ta có quay hay không, hay nó quay nhanh như thế nào, là khá quan trọng” - Stojkovic nói trong một email.

“Cuối cùng, chúng tôi muốn đo lường các đặc tính của trung tâm thiên hà của chúng ta càng chính xác càng tốt. Bằng cách này, chúng ta có thể tìm hiểu về lịch sử và cấu trúc của thiên hà, đưa ra các lý thuyết để kiểm tra hoặc thậm chí suy ra sự tồn tại của một số vật thể rất thú vị” - Stojkovic, tác giả chính của báo cáo năm 2019, nói thêm.

Anh Duy (theo CNN)