Vụ Nổ Tia Gamma Bí Ẩn

Giải Quyết Bí Ẩn của các Quasar

Các vụ nổ tia gamma không phải là bí ẩn duy nhất của vũ trụ mà các nhà thiên văn học phải nhờ tới tính chất kỳ lạ và các tác động lỗ đen. Năm 1963, một thiên thể cực kỳ kỳ lạ được phát hiện tại chòm Virgo, trinh nữ (virgin.) Dubbed 3C 273, thiên thể nằm ở khoảng cách rất lớn là 2 tỷ năm ánh sáng đối với hệ Mặt Trời của chúng ta. (Điều này có nghĩa ánh sáng và các bức xạ khác phát ra từ nó phải mất 2 tỷ năm để tới Trái Đất!) Các nhà thiên văn học để ý thấy 3C 273 phát ra cả ánh sáng thấy được và những dòng mạnh các bước sóng radia và các dạng bức xạ điện từ khác. Điều làm cho thiển thể này quá bất thường đó là nó phát ra năng lượng gấp trăm lần cả Dải Ngân Hà của chúng ta, gồm hàng tỷ ngôi sao; dù 3C 273 có độ lớn cực nhỏ -- kích thước khoảng bằng một ngôi sao đơn lẻ. Như vậy, thiên thể kỳ lạ này và các thiên thể tương tự khác phát được phát hiện trong những năm sau đó đều khá giống những ngôi sao. Những chúng chắc chắn không phải là những ngôi sao bình thường. Vì vậy các nhà thiên văn đã gọi chúng là các thiên thể “giống sao” (quasi-stellar), hay gọi ngắn là quasar. Đến năm 2003 có khoảng mười ba ngàn quasar được tìm thấy; và các chuyên gia tiên đóa rằng có khoáng chín mươi nghìn thiên thể nhưu vậy nữa sẽ được tìm thấy trong hai thập niên tới.

Đầu tiên, các nhà thiên văn học không có một ý tưởng đáng tin cậy nào về cái gì đã làm cho các quasar sáng nhưu vậy. Hay không có ai nghĩ tới việc nối chúng với các lỗ đen, vì các lỗ đen trong những năm 1960 có vẻ hấp dẫn nhưng chỉ là những công trình lý thuyết. Tuy nhiên, thời gian trôi đi, các quan sát kỹ lưỡng về quasar đã hé lộ những tính chất kỳ lạ có liên quan càng ngày càng nhiều tới các thiên thể siêu đặc. Trong những câu của nhà thiên văn William C. Keel thuộc Trường Đại Học Alabama:

Ánh sáng phát ra sáng hơn nhiều so với một thiên hà bình thường, các quasar thay đổi độ sáng trong những khoảng thời gian ngắn. Thực thế, tia X phát ra thay đổi trong vài phút…. Điều này chứng tỏ rằng hầu hết bức xạ đều phát ra từ một vùng không gian nhỏ bé, có thể không hơn một giờ ánh sáng, hay khoảng bằng đường kính quỹ đạo của Sao Thiên Vương hay Sao Hải Vương. Cùng với kích thước nhỏ này, các quasar phải có một trung tâm năng lượng với trường hấp dẫn đủ mạnh để giữ khí di chuyển hàng ngàn kilomet trên giây. Hơn nữa, đám khí chắc chắn phải bị ép giải phóng ra bức xạ có nhiệt độ cao hay mang nhiều năng lượng để làm cho vật... tỏa ra tia X. Cuối cùng, quy mô và vận tốc của các dòng phát radio cho chúng ta thấy một trí nhớ có định hướng [ví dụ, luôn phát dòng khí ra ở một hướng xác định] và có thể đẩy vật chất lên vận tốc rất gần vận tốc ánh sáng để nó thoát ra với kiểu dáng kỳ lạ. Vậy thiên thể gì có thể làm được những điều này? Lời giải thích hợp lý nhất là một lỗ đen khổng lồ.³⁴

Twinkle, Twinkle Quasi-Star Trong nhiều năm các nhà khoan học nhìn quasar như một vật thể kỳ cục và bí ẩn và không thuộc về vũ trụ “bình thường”. Bầu không khí bí ẩn này được bộc lộ hoàn hảo vào năm 1964 do nhà vật lý lừng danh người Nga gốc Mỹ George Gamow (1904-1968) trong một bài thơ ngắn mang tên “Quasar” (kể từ đó bài thơ được in lại trong hàng trăm cuốn sách và bài báo về lỗ đen, quasar, và các sự kiện kỳ lạ khác của vũ trụ). Twinkle, twinkle, quasi-star Biggest puzzle from afar How unlike the other ones Brighter than a billion suns Twinkle, twinkle, quasi-star How I wonder what you are.

Một quasar tạo ra từ lỗ đen giải phóng ra một vụ bùng nổ năng lượng khủng khiếp giống như cách một lỗ đen bình thường để lộ chính mình bằng các tín hiệu tia X. Trong trường hợp thứ hai, vật chất từ đĩa bồi thêm gần bước qua chân trời sự kiện bị tiêu hủy, giải phóng ra một lượng lớn tia X. Nhà thiên văn học Mark A. Garlick giải thích quá trình tương tự về sự hình thành quasar:

Hầu hết các nhà thiên văn học giờ đây đã tin rằng có một đĩa bồi thêm rộng lớn gồm khí và bụi, những mảnh vụn còn lại của vô số vì sao và tinh vân [mây trong vũ trụ], xung quanh lỗ đen của một quasar. Khi khí của đĩa xoáy tròn này hướng về phía dạ dày chết người của lỗ đen, vật chất bắt đầu bị nén và nung nóng đê tạo ra ánh sáng thật sự mạnh làm cho các quasar gây được sự chú ý ở khoảng cách hàng tỷ năm ánh sáng.³⁵

Vậy cái gì làm cho một quasar tạo ra từ lỗ đen lại khác với một sao lỗ đen thông thường? Keel và Garlick gợi ý lời trả lời bằng cụm từ của họ “lỗ đen khổng lồ” và “đĩa bồi thêm rộng lớn.” Chỉ có một lỗ đen đạt tới khối lượng khổng lồ -- bằng khoảng hàng ngàn hay hàng vạn vì sao -- mới có thể tạo ra một đợt pháo hoa ngoạn mục của vũ trụ mang tên quasar. Ý nghĩ về một thiên thể như vậy có thể tồn tại đủ sức mở mắt các nhà khoa học. Nhưng điều hấp dẫn nhất là thực tế các quasar luôn nằm ở tâm các thiên hà. Từ phát hiện này, không khó khăn gì để bắt đầu phán đoán rằng các lỗ đen khổng lồ có thể tồn tại trong tim của tất cả thiên hà.


Chú thích: MIT là viết tắt của Massachusetts Institute of Technology (viện kỹ thuật Massachusetts) - ND.