Lần đầu chứng kiến vụ bùng phát tia X khổng lồ của hố đen theo thời gian thực

Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã theo dõi theo thời gian thực sự phát triển của đợt bùng phát tia X khổng lồ thứ 3 từ vùng nhân hoạt động của thiên hà IC 3599.

2 sự kiện tương tự trước đó xảy ra vào các năm 1990 và 2010, nhưng chỉ được phát hiện và phân tích chi tiết sau khi độ sáng đã suy giảm. Thông tin được Phys.org đăng tải mới đây.

Hiện tượng này không phải là vụ nổ của chính hố đen, mà là sự gia tăng đột ngột bức xạ từ vật chất chuyển động xung quanh và rơi vào hố đen từ đĩa bồi tụ (accretion disk).

IC 3599 thuộc nhóm thiên hà có nhân hoạt động với phổ biến đổi. Khi độ sáng tăng lên, trong phổ của thiên thể sẽ xuất hiện hoặc tăng cường các vạch phát xạ vốn gần như không thể quan sát thấy khi ở trạng thái yên tĩnh.

Sau các đợt bùng phát năm 1990 và 2010, các nhà khoa học đã tiến hành quan sát thường xuyên IC 3599 bằng đài quan sát không gian Neil Gehrels Swift. Chương trình theo dõi hằng tháng được duy trì từ năm 2013.

Đến 31/10/2025, kính thiên văn ghi nhận độ sáng tia X của IC 3599 cao gấp hơn 50 lần so với mức thông thường. Sau đó, biên độ của sự kiện vượt quá 100 lần.

Phổ của đợt bùng phát được xác định là rất "mềm". Thiết bị trên Swift hầu như không ghi nhận photon có năng lượng trên 2,5keV. Điều này cho thấy phần lớn năng lượng đến từ các tia X có mức năng lượng tương đối thấp.

Tại thời điểm đạt độ sáng cực đại, cường độ bức xạ tương ứng với quá trình bồi tụ vật chất gần đạt giới hạn Eddington - ngưỡng mà áp suất bức xạ bắt đầu cản trở vật chất tiếp tục rơi vào hố đen. Khối lượng của hố đen này được ước tính khoảng 2 triệu lần khối lượng Mặt Trời.

Trong đợt quan sát bằng kính thiên văn XMM-Newton kéo dài 120.000 giây, các nhà khoa học phát hiện những dao động rõ rệt về độ sáng tia X. Tín hiệu mạnh nhất tương ứng với chu kỳ khoảng 7,4 giờ.

Tuy nhiên, thời gian quan sát chỉ bao phủ khoảng 4 chu kỳ giả định nên còn quá sớm để khẳng định đây là hiện tượng tuần hoàn ổn định.

Trong quá trình quan sát, độ sáng có thể đã thay đổi gấp đôi chỉ trong 3,6 giờ. Ngay khi bắt đầu phiên quan sát của XMM-Newton, cường độ bức xạ đã tăng khoảng 2,5 lần chỉ trong 1,75 giờ.

Các tác giả so sánh hiện tượng này với dao động gần tuần hoàn (quasi-periodic oscillations), vốn rất hiếm gặp tại các nhân thiên hà hoạt động, nhưng nhấn mạnh rằng kết quả vẫn cần được kiểm chứng bằng các đợt quan sát kéo dài hơn.

Các kính thiên văn quang học cũng ghi nhận sự gia tăng mạnh của nhiều vạch phát xạ, trong đó có các vạch của sắt bị ion hóa mạnh. Một số vạch trước đây không xuất hiện hoặc rất yếu khi thiên hà ở trạng thái yên tĩnh.

Theo các nhà nghiên cứu, điều này cho thấy đợt bùng phát đã chiếu sáng và ion hóa khí ở khoảng cách đáng kể so với vùng trung tâm của thiên hà.

Nguyên nhân có khả năng cao nhất của các đợt bùng phát lặp lại là sự mất ổn định của đĩa bồi tụ do áp suất bức xạ gây ra.

Theo mô hình này, vật chất dần tích tụ tại vùng bên trong đĩa bồi tụ. Khi sự mất ổn định xảy ra, một lượng lớn khí sẽ bất ngờ đổ vào hố đen, tạo nên đợt bùng phát mạnh. Sau đó, khu vực này trở nên trống rỗng, nguội đi và tiếp tục tích tụ vật chất cho chu kỳ mới.

Do khoảng thời gian giữa 3 đợt bùng phát đã biết không giống nhau, các tác giả cho rằng những mô hình đòi hỏi hiện tượng phải lặp lại theo chu kỳ nghiêm ngặt là khó xảy ra.

Đặc biệt, điều này làm suy yếu giả thuyết về một thiên thể nhỏ chuyển động trên quỹ đạo cố định và định kỳ gây nhiễu đĩa bồi tụ.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa loại trừ hoàn toàn khả năng đây là kết quả của lần phá hủy từng phần thứ 2 của một ngôi sao hoặc sự tồn tại của một hệ gồm 2 hố đen.

Trước đó, ngày 15/7, Phys.org đưa tin một nghiên cứu đã xác nhận tuổi của vũ trụ thông qua các ngôi sao trong Dải Ngân hà. Theo nghiên cứu, ngôi sao lâu đời nhất có tuổi khoảng 13,73 tỷ năm.

Theo IZ