Các nhà thiên văn học đã chứng kiến ​​​​sự kích hoạt năng lượng của một lỗ đen

Một nhóm các nhà thiên văn học dẫn đầu bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Birmingham, Đại học College London và Đại học King's Belfast đã phát hiện ra một trong những "công tắc" lỗ đen ấn tượng nhất từng được quan sát. Họ sẽ trình bày kết quả của mình vào Thứ Ba, ngày 4 tháng , tại Hội nghị thiên văn quốc gia 2023 tại Cardiff.

J221951-484240, được gọi là J221951, là một trong những vật thể chuyển tiếp sáng nhất – các vật thể vật lý thiên văn thay đổi độ sáng trong một khoảng thời gian ngắn – từng được ghi lại. Nó được phát hiện bởi Tiến sĩ Samantha Oates, một nhà thiên văn học tại Đại học Birmingham và nhóm của cô ấy vào tháng 2019 năm 221951 khi đang tìm kiếm ánh sáng điện từ từ sóng hấp dẫn. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính viễn vọng cực tím và quang học trên Đài thiên văn Neil Gerrells Swift để tìm kiếm một kilonova, dấu hiệu của một ngôi sao neutron hợp nhất với một ngôi sao neutron hoặc lỗ đen khác. Thông thường, kilonova trông có màu xanh lam, sau đó mờ dần và chuyển sang màu đỏ trong vài ngày. Thay vào đó, họ tìm thấy một thứ thậm chí còn bất thường hơn: J. Nó trông có màu xanh, nhưng nó không đổi màu hay phai màu nhanh như kilonova.

Một số kính viễn vọng đã được sử dụng để quan sát J221951 và xác định bản chất của nó, bao gồm kính viễn vọng không gian Swift/UVOT và Hubble của NASA, Kính viễn vọng Lớn của Nam Phi và các thiết bị ESO như Kính thiên văn Rất Lớn và thiết bị GROND trên kính viễn vọng 2,2 mét MPG/ESO trong đài quan sát của La Silla.

Quang phổ của J221951 thu được bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble đã loại trừ mối liên hệ sóng hấp dẫn của J221951. Bằng cách nghiên cứu quang phổ ánh sáng của J221951, Tiến sĩ Oates và nhóm của cô đã có thể xác định rằng nguồn phát ra cách chúng ta khoảng 10 tỷ năm ánh sáng, trái ngược với tín hiệu sóng hấp dẫn được phát hiện cách xa chưa đến 0,5 tỷ năm ánh sáng. Việc nó tỏa sáng rực rỡ ở khoảng cách xa như vậy khiến J221951 trở thành một trong những vật thể chuyển tiếp sáng nhất từng được phát hiện.

Bằng chứng cho thấy rằng J221951 được hình thành do một lỗ đen siêu lớn hấp thụ vật chất xung quanh rất nhanh. Một thiên hà màu đỏ đã được quan sát tại J221951 trước khi phát hiện ra nó và vị trí của J221951 phù hợp với trung tâm của thiên hà, nơi có một lỗ đen khổng lồ cư trú một cách tự nhiên. Nó bắt đầu phát sáng rất đột ngột - khoảng 10 tháng trước khi nó được phát hiện lần đầu tiên - điều đó có nghĩa là lỗ đen bắt đầu kiếm ăn rất nhanh sau khi im lặng một thời gian. Quang phổ tia cực tím cho thấy các đặc điểm hấp thụ phù hợp với vật chất bị đẩy ra ngoài do giải phóng năng lượng rất lớn. Điều này, kết hợp với độ sáng cao, làm cho nó trở thành một trong những lỗ đen ấn tượng nhất từng được quan sát.

Nhóm nghiên cứu đã xác định được hai cơ chế khả dĩ có thể giải thích việc cung cấp năng lượng cực lớn như vậy cho một lỗ đen siêu lớn. Đầu tiên là nó có thể được gây ra bởi nhiễu loạn thủy triều – sự phá hủy một ngôi sao khi nó đi sát lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của nó. Lựa chọn thứ hai là nó có thể được gây ra bởi một nhân thiên hà đang hoạt động đã "thay đổi trạng thái" từ không hoạt động sang hoạt động. J221951 sau đó sẽ báo hiệu rằng lỗ đen không hoạt động ở trung tâm của thiên hà chủ đã bắt đầu ăn vật chất từ ​​đĩa bồi tụ.

Tiến sĩ Matt Nicholl, thành viên nhóm từ Đại học King's Belfast, cho biết: "Hiểu biết của chúng tôi về những điều khác nhau mà các lỗ đen siêu lớn có thể làm đã được mở rộng đáng kể trong những năm gần đây, nhờ vào việc phát hiện ra các vụ nổ hình thành sao và sự bồi tụ của các lỗ đen có độ sáng cực kỳ thay đổi. " Ông nói thêm: “J221951 là một trong những ví dụ điển hình nhất về hố đen khiến chúng ta bất ngờ. Việc quan sát thêm J221951 để xác định tổng năng lượng giải phóng có thể cho phép chúng tôi xác định xem đây là sự hấp thụ thủy triều của ngôi sao bởi một lỗ đen đang quay nhanh hay một kiểu bật AGN mới”.

Tiến sĩ N. Paul Quinn, một thành viên khác trong nhóm từ Phòng thí nghiệm Khoa học Vũ trụ. Mallard tại Đại học College London, cho biết: “Khám phá quan trọng là quang phổ cực tím do Hubble thu được đã loại trừ nguồn gốc thiên hà. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc duy trì khả năng của máy quang phổ UV trong không gian trong tương lai."

Tiến sĩ Samantha Oates cho biết thêm: "Trong tương lai, chúng ta có thể có được manh mối quan trọng để phân biệt sự kiện gián đoạn thủy triều với các kịch bản lõi thiên hà đang hoạt động. Ví dụ: nếu J221951 được liên kết với một siêu tân tinh đang bật, chúng ta có thể cho rằng nó sẽ ngừng mờ dần và tăng độ sáng trở lại, trong khi nếu J221951 là nhiễu loạn thủy triều, chúng ta sẽ cho rằng nó sẽ tiếp tục mờ đi. Chúng tôi sẽ cần tiếp tục quan sát J221951 trong vài tháng và vài năm tới để nắm bắt hành vi muộn của nó."

Đọc thêm:

• Hố đen siêu lớn Sagittarius A* thức giấc 200 năm trước
• Một lỗ đen bị ruồng bỏ chạy trong không gian kèm theo một cái đuôi của những ngôi sao bé