Lỗ đen siêu lớn Sagittarius A* (Sgr A*) đang quay gần như với tốc độ nhanh nhất mà nó có thể đạt được, kéo theo sự thay đổi kết cấu không-thời gian và định hình phần trung tâm của hệ Ngân Hà.
Các nhà vật lý đã tính toán tốc độ quay của lỗ đen siêu lớn trong hệ Ngân Hà, được gọi là Sgr A*, bằng cách sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA để xem tia X và sóng vô tuyến phát ra từ dòng vật chất.
Tốc độ quay của lỗ đen được định nghĩa là "a" và có giá trị từ 0 đến 1, với 1 là tốc độ quay tối đa đối với một lỗ đen cụ thể, có thể bằng một phần tốc độ ánh sáng. Ruth A. Daly, một nhà vật lý tại bang Pennsylvania và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng tốc độ quay của Sgr A* nằm trong khoảng từ 0,84 đến 0,96 – gần với giới hạn tối đa được xác định bởi chiều rộng của lỗ đen.
Nhóm nghiên cứu đã mô tả tốc độ chóng mặt của Sgr A* trong một nghiên cứu được công bố trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Xavier Calmet, một nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Sussex, người không tham gia vào nghiên cứu, nói với Live Science trong email: "Việc phát hiện ra rằng Sgr A* đang quay ở tốc độ tối đa có ý nghĩa sâu sắc đối với sự hiểu biết của chúng ta về sự hình thành lỗ đen và các quá trình thiên văn liên quan đến những đối tượng vũ trụ hấp dẫn này".
Điều đặc biệt trong sự quay của lỗ đen
Sự quay của lỗ đen khác với sự quay của các vật thể vũ trụ khác. Trong khi các hành tinh, ngôi sao và tiểu hành tinh là những vật thể rắn có bề mặt vật lý, thì lỗ đen thực ra là những vùng không-thời gian bị giới hạn bởi một bề mặt phi vật lý gọi là chân trời sự kiện, vượt qua đó thì không có thứ nào có thể thoát ra ngoài kể cả ánh sáng.
Calmet nói: “Trong khi chuyển động quay của một hành tinh hoặc ngôi sao bị chi phối bởi sự phân bổ khối lượng của nó thì chuyển động quay của lỗ đen được mô tả bởi động lượng góc của nó. Do lực hấp dẫn cực lớn ở gần lỗ đen, chuyển động quay khiến không thời gian trở nên uốn cong và xoắn, tạo thành cái gọi là vùng sinh công (ergosphere). Hiệu ứng này chỉ có ở lỗ đen và không xảy ra với các vật thể rắn như hành tinh hay ngôi sao”.
Điều đó có nghĩa là khi các lỗ đen quay tròn, chúng thực sự làm kết cấu của không-thời gian xoắn lại và ảnh hưởng đến mọi thứ trong vùng sinh công. Hiệu ứng này gọi là kéo hệ quy chiếu (frame dragging). Điều này cũng làm phát sinh các hiệu ứng hình ảnh kỳ lạ xung quanh các lỗ đen.
Calmet nói: “Khi ánh sáng di chuyển đến gần một lỗ đen đang quay, sự quay của không thời gian khiến đường đi của ánh sáng bị cong hoặc xoắn. Điều này dẫn đến một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn, mà trong đó quỹ đạo của ánh sáng bị bẻ cong do ảnh hưởng hấp dẫn của lỗ đen đang quay. Hiệu ứng kéo hệ quy chiếu có thể dẫn đến sự hình thành các vòng ánh sáng và thậm chí là tạo ra bóng của lỗ đen. Đây là những biểu hiện về ảnh hưởng hấp dẫn của lỗ đen lên ánh sáng”.
Tốc độ tối đa về mặt lý thuyết của một lỗ đen được xác định bởi cách nó tiêu thụ vật chất để tăng kích thước.
Calmet nói: “Khi vật chất rơi vào lỗ đen, nó làm tăng tốc độ quay của lỗ đen, nhưng có một giới hạn về động lượng góc mà lỗ đen có thể có. Một yếu tố khác là khối lượng của lỗ đen. Các lỗ đen lớn hơn có lực hấp dẫn mạnh hơn, khiến việc tăng tốc độ quay của chúng trở nên khó khăn hơn”.
Ông nói thêm: “Ngoài ra, sự tương tác giữa lỗ đen và môi trường xung quanh, chẳng hạn như đĩa bồi tụ, có thể truyền động lượng góc và ảnh hưởng đến chuyển động quay của lỗ đen”.
Điều này có thể giải thích tại sao Sgr A*, với khối lượng tương đương khoảng 4,5 triệu Mặt trời, có tốc độ quay trong khoảng 0,84 đến 0,96 trong khi lỗ đen lớn hơn, có khối lượng bằng 6,5 tỷ Mặt trời, ở trung tâm thiên hà M87 lại quay với tốc độ trong khoảng từ 0,89 đến 0,91.
Theo Livescience
