Hố đen bẻ cong ánh sáng như trò chơi boomerang

Ngay cả ánh sáng cũng không thể chống lại lực kéo của những vật thể vũ trụ có lực hấp dẫn không thể tránh khỏi này.

Những hình ảnh X quang mới đây cho thấy ánh sáng thoát ra khỏi một hố đen có thể lại quay trở lại điểm xuất phát như một chiếc boomerang ( là một thứ vũ khí độc đáo có kỹ thuật cao của người nguyên thủy. Khi được phóng đi nó có thể tạo ra những đường đi rất phức tạp và nếu không trúng đích nó sẽ quay trở lại chân người ném).

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra “hành vi” kỳ lạ này trong khi họ quan sát một hố đen lớn gấp 10 lần Mặt Trời của chúng ta. Cách xa Trái Đất khoảng 17.000 năm ánh sáng, hố đen này hút vật chất từ một ngôi sao đồng hành. Hố đen và ngôi sao này kết hợp với nhau được các nhà khoa học đặt tên là XTE J1550-564.

Ở gần hố đen thì dường như cái gì cũng kỳ lạ. Những vật thể vũ trụ đậm đặc cực kỳ này có lực kéo vô biên đến mức ánh sáng cũng không thể chống lại sức hút của chúng. Mới đây, các nhà khoa học phát hiện ra ánh sáng xung quanh hố đen XTE J1550-564 còn “cư xử” lạ lùng hơn nữa.

Ánh sáng trong đĩa bồi tụ của một hố đen – đĩa bồi tụ là một đám mây bụi và khí xoắn ốc trên một mặt phẳng và xoay vòng ở rìa một hố đen – đôi khi có thể thoát ra ngoài vũ trụ, nhưng ánh sáng từ hố đen XTE J1550-564 không đi theo cách thông thường đó. Thay vì thoát khỏi mặt phẳng đĩa bồi tụ, nó bị kéo trở lại hố đen và sau đó phản xạ trên mặt phẳng đĩa quay ngược khỏi hố đen như một chiếc boomerang.

Hình minh họa này cho thấy một phần ánh sáng thoát ra từ đĩa quanh hố đen lại quay trở lại về chính đĩa đó do lực hút của hố đen. Sau đó ánh sáng này phản xạ ngược khỏi đĩa.

Các nhà khoa học đã lập mô hình đĩa bồi tụ của hố đen này và vành nhật miện của nó – vành nhật miện là một vùng khí mật độ thấp ở rất gần hố đen – bằng dữ liệu do vệ tinh Rossi X-ray Timing Explorer cung cấp.

Từ năm 1995 đến 2012, vệ tinh này có nhiệm vụ thám hiểm các hố đen, các ngôi sao neutron và các vật thể khác phát ra tia X. Trưởng nhóm nghiên cứu, ông Riley Connors, cho biết “lâu nay chúng tôi vẫn nghiên cứu ánh sáng thoát ra khỏi vành nhật miện, ánh sáng này bật lên bật xuống mặt phẳng đĩa bồi tụ theo đường xoắn ốc hướng về phía hố đen”.

Tuy nhiên, lần này, một phần ánh sáng bật nảy khỏi đĩa của hố đen lại có vẻ như xuất phát từ chính chiếc đĩa đó chứ không phải từ vành nhật miện, sau đó ánh sáng này kéo thành vệt quay về phía hố đen rồi lại phản xạ ngược trở lại. Ông Connors nói rằng “điều mà chúng tôi vừa phát hiện ra này đã được tiên đoán từ những năm 70 của thế kỷ trước, tức là ta có thể nhìn thấy ánh sáng từ đĩa phát ra, bị uốn cong ngược trở lại vị trí cũ của nó”.

Ánh sáng từ những vùng khác nhau xung quanh hố đen này có dấu hiệu tia X riêng biệt, dựa vào đó các nhà khoa học biết ánh sáng đó đến từ đâu. Khi nhóm nghiên cứu này xem xét dữ liệu về hố đen XTE J1550-564, họ thấy ánh sáng phản xạ từ hố đen nhưng lại có dấu vết không tương thích với ánh sáng đi ra từ vành nhật miện. Sau đó các nhà nghiên cứu đã dựa vào mô hình máy tính để giải thích hiện tượng dị thường này.

Khám phá này có thể giúp các nhà khoa học khẳng định các đặc điểm khó nắm bắt khác của hố đen, như là chúng quay nhanh đến mức nào. Các nhà nghiên cứu đã biết một đĩa bồi tụ xung quanh một hố đen hoạt động ra sao và bằng cách đưa thêm ánh sáng boomerang này vào mô hình máy tính, các nhà vật lý thiên văn có thể tính toán được tốc độ quay của một hố đen dựa vào lượng ánh sáng uốn cong và bật trở lại. “Đây có thể là cách đáng tin cậy hơn để chúng tôi đo được tốc độ quay của các hố đen” – ông Connors cho biết.

Mặc dù hiện tượng này đến nay mới chỉ ghi nhận được ở hệ thống hố đen XTE J1550-564, nhưng rất có thể đây không phải là hố đen duy nhất mà ánh sáng hoạt động như vậy. Ông Connors nói rằng “chúng tôi bắt đầu xem xét dữ liệu của các hố đen khác. Chúng tôi có dữ liệu từ nhiều vệ tinh tia X về hàng chục hệ thống như thế này trong thiên hà của chúng ta”.

Phát hiện này đã được đăng trên Tạp chí Vật lý thiên văn ở Mỹ.

Phạm Hường