Các lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm của hầu hết các thiên hà. Khối lượng của chúng dao động từ hàng trăm nghìn đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời của chúng ta. Mặc dù vậy, các lỗ đen rất khó nắm bắt, bẫy ánh sáng và khó bị phát hiện.
Một lỗ đen siêu lớn ẩn giấu có thể được phát hiện khi một ngôi sao chuyển hướng tiến gần đến nó. Ngôi sao bị xé toạc bởi lực thủy triều mạnh, tạo thành một đĩa mảnh vụn sao mà lỗ đen đang ăn. Tia X, tia cực tím, ánh sáng quang học và vô tuyến năng lượng có thể được phát hiện trong quá trình này được gọi là sự kiện gián đoạn thủy triều.
Không bị tiêu diệt hoàn toàn
Các sự kiện gián đoạn thủy triều điển hình thể hiện sự bùng nổ ánh sáng rực rỡ, được gọi là bùng phát, kéo dài vài tháng trong đó lỗ đen nuốt chửng ngôi sao. Tuy nhiên, hai ngọn lửa mới với hành vi kỳ dị đã được quan sát bởi XMM-Newton. Những ngọn lửa này liên tục tỏa sáng dưới tia X và tia UV sau lần bùng nổ đầu tiên, cho thấy rằng các ngôi sao chưa bị phá hủy hoàn toàn trong lần chạm trán đầu tiên với các lỗ đen.
Các nghiên cứu do các nhà thiên văn học Thomas Wevers từ Đài thiên văn Nam châu Âu và Zhu Liu từ Viện Vật lý ngoài Trái đất Max Planck, Đức, dẫn đầu, tiết lộ rằng một phần của các ngôi sao có thể đã sống sót sau cuộc tấn công đầu tiên của chúng từ các lỗ đen. Dữ liệu tia X và tia cực tím cho thấy rằng các bộ phận của các ngôi sao không bị ăn hết hoàn toàn, tiếp tục quỹ đạo của chúng và gặp lại lỗ đen gây rối, dẫn đến các vụ bùng phát tái diễn. Hoạt động này được gọi là sự kiện gián đoạn thủy triều một phần.
Một lỗ đen ăn một ngôi sao hết lần này đến lần khác
Các nhà thiên văn học đã tìm thấy các tia sáng lặp đi lặp lại từ hai thiên hà riêng biệt chứa các lỗ đen siêu lớn. Những thiên hà này nằm ngoài rìa của Dải Ngân hà ở khoảng cách gần 900 triệu năm ánh sáng và 1 tỷ năm ánh sáng.
Một trong những sự kiện tái sáng, được gọi là eRASSt J045650.3−203750, được phát hiện bởi kính viễn vọng tia X eROSITA trên sứ mệnh Spectrum-Roentgen-Gamma. Các quan sát XMM-Newton vào năm 2021 và 2022 của một nhóm do Zhu dẫn đầu đã phát hiện ra rằng đợt bùng phát ban đầu được theo sau bởi các đợt bùng phát lặp đi lặp lại khoảng 223 ngày một lần.
Zhu giải thích: “Kết quả từ lần quan sát XMM-Newton đầu tiên của chúng tôi thật đáng ngạc nhiên. Lỗ đen cho thấy ánh sáng tia X mờ đi bất thường, so với khi nó được kính thiên văn eROSITA phát hiện hai tuần trước đó. Các quan sát tiếp theo với XMM-Newton và các công cụ khác đã xác nhận suy đoán của chúng tôi rằng hành vi này là do sự kiện gián đoạn thủy triều một phần gây ra.”
Sự kiện gián đoạn thủy triều khác, được gọi là AT2018fyk, được phát hiện bởi Khảo sát tự động toàn bộ bầu trời cho siêu tân tinh. Nó tỏa sáng dưới tia UV và tia X trong ít nhất 500 ngày, sau đó mờ đi đột ngột. Vào tháng 5 năm 2022, Thomas và các đồng nghiệp đã sử dụng XMM-Newton để nghiên cứu sự gia tăng đáng kể độ sáng của tia X và tia cực tím sau 1200 ngày kể từ lần đầu tiên xuất hiện.
trở lại với bản vẽ
“Lúc đầu, chúng tôi hoàn toàn bối rối không hiểu ý nghĩa của việc làm sáng lại. Chúng tôi phải quay lại bảng vẽ để đánh giá tất cả các tùy chọn có thể để giải thích hành vi được quan sát. Đó là một khoảnh khắc rất thú vị khi chúng tôi nhận ra rằng mô hình cho sự kiện gián đoạn thủy triều lặp lại có thể tái tạo dữ liệu quan sát được,” Thomas cho biết thêm.
Một video hoạt hình của sự kiện gián đoạn thủy triều một phần AT2018fyk mô tả mô hình: Một lỗ đen liên tục phá hủy một ngôi sao.
Ấn tượng của nghệ sĩ về XMM-Newton
Tổng cộng, hơn năm ngày quan sát XMM-Newton đã được sử dụng để theo dõi sự thay đổi của ánh sáng tia X phát ra từ các nguồn này. Máy ảnh chụp ảnh Photon cực nhạy của châu Âu trên tàu XMM-Newton đã giúp nghiên cứu vật liệu nóng bao quanh các lỗ đen rất chi tiết.
William Alston, Nghiên cứu viên của ESA, giải thích tầm quan trọng của kết quả. “Những quan sát mới này cực kỳ thú vị để nghiên cứu ảnh hưởng của các lỗ đen siêu lớn. Trong các sự kiện gián đoạn thủy triều điển hình, chúng tôi không hy vọng sẽ thấy đợt bùng phát thứ hai trong vài nghìn năm. Với các tia sáng tái diễn quá nhanh, quỹ đạo của ngôi sao bị gián đoạn chắc hẳn đã bị ràng buộc gần với lỗ đen siêu nặng. Những nghiên cứu mới này gợi ý rằng ngôi sao bị gián đoạn bị kéo vào một quỹ đạo gần sau khi nó bị hố đen siêu lớn trung tâm xé toạc khỏi hệ sao đôi.”
Các nhóm thực hiện khám phá mới mở rộng trên toàn thế giới – ngoài XMM-Newton và eROSITA, các nghiên cứu còn liên quan đến các nhiệm vụ khác bao gồm Đài quan sát Neil Gehrels Swift của NASA, Mảng thu gọn của Kính viễn vọng Úc (ATCA) và tải trọng của Nhiệm vụ Khám phá Thành phần Nội thất Sao neutron trên Quốc tế Trạm không gian. Sự hợp tác cho phép các sự kiện vũ trụ chưa từng có này được quan sát, lập mô hình và hiểu được một cách chi tiết nhất.
Thường tối và yên tĩnh
Một số thiên hà liên tục hoạt động, phát ra các tia sáng khi lỗ đen siêu lớn liên tục kéo vật chất khí vào quỹ đạo của nó. Tuy nhiên, hai sự kiện mới được quan sát bởi XMM-Newton lại đến từ các lỗ đen thường nằm trong bóng tối và yên tĩnh, cho đến khi một ngôi sao đến gần. Những sự kiện này là lần đầu tiên các vụ nổ ánh sáng lặp đi lặp lại được phát hiện từ các thiên hà không hoạt động. Kết quả của những nghiên cứu này được công bố trong hai bài báo trên Thiên văn học & Vật lý thiên văn và Tạp chí Vật lý thiên văn.
Kể từ khi được phát hiện vào những năm 1990, gần 100 sự kiện gián đoạn thủy triều đã được quan sát. Các quan sát XMM-Newton về các sự kiện gián đoạn thủy triều là rất quan trọng để hiểu thêm về các lỗ đen siêu lớn khó quan sát khác nằm ở trung tâm của các thiên hà lớn như của chúng ta.
Cả hai sự kiện gián đoạn thủy triều một phần sẽ được theo dõi chặt chẽ trong các giai đoạn dự đoán của các giai đoạn tái sáng trong tương lai để xác nhận các phát hiện và thực hiện các khám phá tiếp theo. Những người quan sát có thể bắt gặp sự im lặng, cho thấy ngôi sao đã bị nuốt chửng hoàn toàn trong đợt phát sáng trước đó. Thời kỳ hỗn loạn đang ở phía trước đối với những sự kiện này – và cuộc săn lùng bắt đầu tìm kiếm các sự kiện gián đoạn thủy triều một phần tương tự.
Ghi chú cho biên tập viên
‘Sống để chết vào một ngày khác: AT2018fyk sáng trở lại như một sự kiện gián đoạn thủy triều một phần lặp đi lặp lại’ của T. Wevers et al. được xuất bản trong Tạp chí Vật lý Thiên văn. In trước: https://arxiv.org/abs/2209.07538
‘Giải mã độ biến thiên tia X cực đoan của eRASSt hạt nhân thoáng qua J045650.3−203750: Một sự kiện gián đoạn thủy triều một phần có khả năng lặp lại’ của Z. Liu et al. được chấp nhận để xuất bản trong Thiên văn học & Vật lý thiên văn. https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202244805
Kết quả của nhóm sẽ được trình bày tại cuộc họp báo của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ (AAS) vào thứ Năm ngày 12 tháng 1 năm 2023.
Tiếp xúc
Quan hệ truyền thông của ESA: media@Khoa học