Nghiên cứu mới của NASA khiến hố đen trở nên bí ẩn hơn bao giờ hết

Một nhóm nhà thiên văn học sử dụng vệ tinh Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) của NASA vừa phát hiện điều có thể làm thay đổi cách con người hiểu về hố đen. Khi quan sát hệ sao IGR J17091-3624, nằm cách Trái Đất khoảng 28.000 năm ánh sáng, họ nhận thấy các tia X phát ra từ khu vực này có mức độ phân cực cao hơn nhiều so với dự đoán.

Phân cực là một đặc tính của ánh sáng cho biết hướng dao động của trường điện. Đo được phân cực giúp các nhà khoa học hiểu chuyện gì đang diễn ra gần hố đen — nơi lực hấp dẫn cực mạnh bóp méo ánh sáng theo những cách khó lường. Tháng 3/2025, IXPE lần đầu tiên ghi nhận được dấu hiệu phân cực tia X từ hệ IGR J17091-3624 trong dải năng lượng 2–8 keV. Kết quả cho thấy độ phân cực đạt 9,1% với độ tin cậy thống kê rất cao, cùng góc phân cực khoảng 83 độ. Có dấu hiệu nhẹ cho thấy phân cực tăng dần theo năng lượng, nhưng chưa đủ chắc chắn để khẳng định.

Trong lần quan sát này, hố đen đang ở trạng thái “cứng” chi phối bởi vành nhật hoa — tức phần khí plasma siêu nóng bao quanh hố đen là nơi phát ra phần lớn tia X. Phổ năng lượng thu được cho thấy dạng power-law cứng với rất ít tín hiệu phản xạ, đồng thời xuất hiện dao động gần tuần hoàn (Type-C QPO) ở tần số khoảng 0,2 Hz.

“Hố đen IGR J17091-3624 là một nguồn phát vô cùng đặc biệt, lúc sáng lúc tối theo nhịp giống như nhịp tim, và IXPE đã giúp chúng tôi quan sát nó theo một cách hoàn toàn mới,” Melissa Ewing (Đại học Newcastle) chia sẻ. Trong những hệ như thế này, hố đen hút vật chất từ ngôi sao đồng hành, tạo thành một đĩa khí nóng xoay quanh. Vành nhật hoa nằm ở vùng trong cùng của đĩa và có thể nóng tới 1,8 tỷ độ F, đủ tạo ra tia X cực sáng. Dù rực rỡ như vậy, vành nhật hoa quá nhỏ và quá xa để có thể chụp ảnh trực tiếp.

Giorgio Matt (Đại học Roma Tre) cho biết: “Một độ phân cực cao như vậy thường chỉ thấy khi chúng ta quan sát vành nhật hoa gần như từ cạnh bên. Hình dạng của vành nhật hoa phải rất ‘chuẩn’ và góc nhìn phải đúng hoàn hảo mới tạo ra được giá trị này.” Ông cũng nói thêm rằng kiểu “nhấp nháy” kỳ lạ của hệ sao này vẫn chưa được giải thích, và rất có thể đây là chìa khóa để hiểu rõ hơn về nhóm hố đen tương tự. Do hướng của luồng tia radio chưa được xác định, các nhà khoa học không thể so sánh trực tiếp với góc phân cực X-ray, nhưng nếu giống những hệ khác từng được nghiên cứu, hai hướng này thường song song nhau.

Để lý giải mức phân cực bất thường, nhóm nghiên cứu đã thử nhiều giả thuyết. Một khả năng là gió vật chất đang bị thổi ra khỏi đĩa khí. Khi tia X từ vành nhật hoa tán xạ trong luồng gió này, chúng có thể tạo ra mức phân cực cao như đã quan sát. Một giả thuyết khác cho rằng plasma trong vành nhật hoa có thể đang chuyển động theo hướng đi xa hố đen với vận tốc lên đến 20% tốc độ ánh sáng, tạo ra các hiệu ứng tương đối tính làm tăng độ phân cực. Cả hai kịch bản đều phù hợp với quá trình Compton hóa, nơi hình dạng, góc quan sát và môi trường tán xạ đều góp phần định hình tia X mà chúng ta thu được.

“Những luồng gió này là mảnh ghép còn thiếu quan trọng để hiểu cách hố đen phát triển,” Maxime Parra (Đại học Ehime) cho biết. Ông hy vọng các quan sát trong tương lai từ IXPE sẽ còn mở ra nhiều điều bất ngờ hơn nữa. Hiện tại, mức phân cực bất thường của IGR J17091-3624 đang mang lại những manh mối mới về cách hố đen hoạt động và cơ chế tạo tia X của vành nhật hoa.