Năm 2019, nhân loại lần đầu tiên nhìn thấy một hố đen. Đó là M87*, một con quái vật nằm tại trung tâm thiên hà Messier 87, cách Trái Đất khoảng 55 triệu năm ánh sáng, nặng gấp 6,5 tỷ lần Mặt Trời. Bức ảnh lịch sử từ Kính viễn vọng Chân trời sự kiện (EHT) cho thấy một vòng sáng cam mờ bao quanh bóng tối trung tâm. Cái bóng tối đó là biên giới mà không có gì, kể cả ánh sáng, có thể trốn thoát.
Nhưng hình ảnh đó, dù mang tính biểu tượng, chỉ là một khoảnh khắc tĩnh. Điều mình thấy thú vị hơn nhiều là câu hỏi: cái gì đang xảy ra xung quanh hố đen đó theo thời gian?
Tuần này, nhóm nghiên cứu do Camille Poitras, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Laval, Canada, dẫn đầu đã công bố câu trả lời chi tiết nhất từ trước đến nay. Và mình nghĩ đây là một trong những bài báo thiên văn học đáng đọc nhất trong năm 2026.
M87* không chỉ hút vật chất vào mà nó còn phun vật chất ra. Khi khí và bụi rơi về phía hố đen, một phần năng lượng giải phóng ra bị kênh hóa dọc theo trục quay của hố đen, bắn ra ngoài dưới dạng một luồng hạt plasma hẹp và cực kỳ mạnh mẽ. Luồng phun này của M87* trải dài khoảng 3.000 năm ánh sáng, tức là nó xuyên qua một phần đáng kể của cả thiên hà M87.
Nhưng hình ảnh đó, dù mang tính biểu tượng, chỉ là một khoảnh khắc tĩnh. Điều mình thấy thú vị hơn nhiều là câu hỏi: cái gì đang xảy ra xung quanh hố đen đó theo thời gian?
Tuần này, nhóm nghiên cứu do Camille Poitras, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Laval, Canada, dẫn đầu đã công bố câu trả lời chi tiết nhất từ trước đến nay. Và mình nghĩ đây là một trong những bài báo thiên văn học đáng đọc nhất trong năm 2026.
Khi tia X lần đầu tiên thấy những gì chỉ ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại mới biết
M87* không chỉ hút vật chất vào mà nó còn phun vật chất ra. Khi khí và bụi rơi về phía hố đen, một phần năng lượng giải phóng ra bị kênh hóa dọc theo trục quay của hố đen, bắn ra ngoài dưới dạng một luồng hạt plasma hẹp và cực kỳ mạnh mẽ. Luồng phun này của M87* trải dài khoảng 3.000 năm ánh sáng, tức là nó xuyên qua một phần đáng kể của cả thiên hà M87.
Lỗ đen M87* nổi tiéng
Luồng phun này đã được quan sát từ nhiều loại kính viễn vọng: radio, quang học, hồng ngoại. Nhưng ở dải tia X, độ phân giải từ trước đến nay chưa đủ để thấy các cấu trúc riêng lẻ bên trong nó. Kính viễn vọng Chandra của NASA, ra đời năm 1999, tức là đã 27 năm tuổi, vốn là kính viễn vọng tia X mạnh nhất từng được đưa lên quỹ đạo, nhưng ngay cả nó cũng có giới hạn nhất định.
Poitras và cộng sự đã vượt qua giới hạn đó bằng cách dùng kỹ thuật xử lý ảnh gọi là deconvolution, về cơ bản là dùng toán học để "đảo ngược" hiệu ứng làm mờ vốn có của bất kỳ hệ thống quang học nào. Kết quả là từ bộ dữ liệu tia X thu thập trong 4 đợt quan sát: năm 2012, 2017, 2023 và 2025, họ tạo ra những hình ảnh chi tiết đến mức lần đầu tiên độ phân giải tia X có thể so sánh được với ảnh quang học và hồng ngoại từ Hubble và James Webb.
Luồng phun không phải là một chùm tia cố định mà nó đang sống
Đây là phần thú vị nhất về mặt vật lý.Khi so sánh ảnh từ 4 đợt quan sát, nhóm nhận ra luồng phun này không đồng nhất và không ổn định. Một số vùng sáng lên giữa các lần chụp. Một số vùng khác tối dần. Có những “nút thắt”, tức là những vùng vật chất cô đặc hơn, xuất hiện, di chuyển dọc theo luồng, rồi biến mất. Toàn bộ cấu trúc giống một hệ thống plasma đang biến đổi liên tục hơn là một chùm tia laser ổn định mà người ta thường hình dung.
Điều này quan trọng vì nó cho biết năng lượng bên trong luồng phun không được phân bổ đều đặn, có những điểm năng lượng mới được bơm vào, tạo ra các xung sáng và tối luân phiên nhau. Theo mô hình lý thuyết hiện tại, cơ chế chính là các sóng xung kích xảy ra khi những phần của luồng có tốc độ khác nhau va vào nhau, kết hợp với từ trường mạnh bao quanh luồng, tạo ra các vùng gia tốc hạt cực cao.
5 lần tốc độ ánh sáng và tại sao điều đó không vi phạm vật lý
Con số kỳ lạ nhất trong bài báo là vận tốc của các cấu trúc bên trong luồng phun: khi đo bằng phương pháp so sánh vị trí giữa các lần quan sát, một số đặc điểm di chuyển với vận tốc biểu kiến lên đến 5 lần tốc độ ánh sáng.
Quảng cáo
Và kết quả này được chụp bởi kính thiên văn Chandra 27 năm tuổi
Nghe có vẻ vi phạm thuyết tương đối. Nhưng không phải vậy.
Đây là hiện tượng gọi là superluminal motion: chuyển động siêu sáng biểu kiến. Nó xảy ra khi một nguồn phát xạ di chuyển với vận tốc gần tốc độ ánh sáng theo hướng về phía người quan sát. Do ánh sáng phát ra từ các vị trí khác nhau của nguồn phải di chuyển các quãng đường khác nhau để đến kính viễn vọng, chênh lệch thời gian đó tạo ra ảo giác về vận tốc lớn hơn thực tế. Không có hạt vật chất nào thực sự di chuyển nhanh hơn ánh sáng và đây là hiệu ứng hình học thuần túy.
Nhưng điều đó không có nghĩa là ít ấn tượng hơn: vật chất trong luồng phun M87* đang di chuyển với một tỷ lệ rất lớn so với tốc độ ánh sáng. Và Trái Đất đang quan sát điều này xảy ra từ khoảng cách 55 triệu năm ánh sáng, tức là những gì chúng ta thấy hôm nay thực chất đã xảy ra từ 55 triệu năm trước, vào thời điểm tổ tiên linh trưởng đầu tiên của loài người mới xuất hiện trên Trái Đất.
Tại sao điều này quan trọng ngoài vẻ đẹp thuần khiết của nó
Câu hỏi về luồng phun hố đen không phải chỉ là bài tập thiên văn học thuần túy. Luồng phun từ các hố đen siêu khổng lồ là một trong những cơ chế chính ảnh hưởng đến sự tiến hóa của cả thiên hà, chúng vận chuyển năng lượng và vật chất ra xa, ảnh hưởng đến tốc độ hình thành sao và cấu trúc của thiên hà theo nghĩa hàng triệu năm. Hiểu được cơ chế bên trong của luồng phun M87* là bước tiến quan trọng để giải thích tại sao các thiên hà trông như ngày nay.Chandra đã 27 năm tuổi và vẫn đang tạo ra những kết quả hạng nhất. NASA đang lên kế hoạch cho kính viễn vọng tia X thế hệ tiếp theo. Nhưng trong lúc chờ đợi, kết hợp với kỹ thuật xử lý ảnh hiện đại, kính cũ vẫn còn nhiều thứ để nói.
Quảng cáo
