Một nghiên cứu mới do Đại học Curtin dẫn đầu và thực hiện cùng với nhiều kính viễn vọng vô tuyến trên khắp thế giới cho thấy năng lượng do tia lỗ đen mang theo là cực kỳ đáng kinh ngạc, với sức mạnh tương đương với 10.000 mặt trời. Lý thuyết lâu đời về cách các lỗ đen định hình lại cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ đã nhận được sự ủng hộ quan trọng từ quan sát.

Bài báo được đăng trên tạp chí "Thiên văn học thiên nhiên". Nhóm nghiên cứu nhắm mục tiêu vào hệ thống nhị phân tia X nổi tiếng “Cygnus X-1”, nơi chứa lỗ đen đầu tiên được xác nhận và một siêu sao khổng lồ. Kết quả quan sát cho thấy tia do hệ thống này tạo ra có thể sánh ngang với năng lượng của khoảng 10.000 mặt trời về sản lượng năng lượng tức thời.
Để đạt được phép đo này, các nhà khoa học đã kết nối các kính viễn vọng vô tuyến phân bố trên khắp thế giới để xây dựng một mảng quan sát "khẩu độ ngang tầm Trái đất" nhằm ghi lại những thay đổi tinh tế trong chu kỳ quỹ đạo của máy bay phản lực ở độ phân giải góc cực cao. Nghiên cứu chỉ ra rằng khi một lỗ đen quay quanh một ngôi sao đồng hành, gió sao mạnh mẽ của siêu sao liên tục tác động đến dòng phản lực, khiến hướng của dòng phản lực bị chệch hướng và quỹ đạo của nó lắc lư, tương tự như cách những cơn gió mạnh phá vỡ cột nước của đài phun nước.
Bằng cách phân tích đồng thời sức mạnh của gió sao và độ lệch của dòng phản lực, lần đầu tiên nhóm nghiên cứu có thể suy ra công suất phản lực trên thang đo "thời gian thực", thay vì chỉ đưa ra ước tính trung bình dài hạn kéo dài hàng nghìn năm như trước đây. Kết quả cho thấy khoảng 10% năng lượng giải phóng trong quá trình vật chất rơi vào trong gần lỗ đen bị tia phản lực ở tốc độ cao ném ra ngoài và phun vào môi trường xung quanh. Tỷ lệ này rất phù hợp với các giả định thường được sử dụng trong các mô phỏng số quy mô lớn của vũ trụ trong một thời gian dài, nhưng trước đây vẫn thiếu xác minh quan sát trực tiếp.
Nghiên cứu cũng đưa ra một thông số quan trọng của vận tốc phản lực: vật chất phản lực được đẩy ra ở tốc độ khoảng một nửa tốc độ ánh sáng, khoảng 150.000 km (khoảng 93.000 dặm) mỗi giây, một giá trị khó xác định chính xác trong nhiều thập kỷ. Tiến sĩ Steve Prabu, tác giả đầu tiên của bài báo và hiện đang làm việc tại Đại học Oxford, gọi một cách sinh động những dòng phản lực này liên tục bị gió sao “đẩy” là “những dòng phản lực nhảy múa” để mô tả khung cảnh năng động khi chúng liên tục thay đổi hướng trong quá trình chuyển động quỹ đạo của các sao đôi.
Một trong những đồng tác giả, Giáo sư James Miller-Jones từ Viện Thiên văn Vô tuyến tại Đại học Curtin và Chi nhánh Curtin của Trung tâm Nghiên cứu Thiên văn Vô tuyến Quốc tế, đã chỉ ra rằng các phương pháp kỹ thuật trước đây chủ yếu cung cấp công suất trung bình của tia trên một đường cơ sở rất dài, khó tương ứng với bức xạ tia X tạo ra ngay lập tức khi vật chất rơi vào lỗ đen. Trong nghiên cứu này, vì họ có thể liên tục theo dõi mức độ tia bị bẻ cong bởi gió sao trong thời kỳ quỹ đạo, nên các nhà khoa học có thể so sánh trực tiếp năng lượng của tia với năng lượng tia X trên cùng một thang thời gian.

Giáo sư Miller-Jones nhấn mạnh rằng lý thuyết nhìn chung tin rằng bất kể khối lượng của lỗ đen là bao nhiêu thì các quá trình vật lý gần nó đều có bản chất rất giống nhau, từ lỗ đen sao đến lỗ đen siêu lớn. Do đó, phép đo chính xác công suất phản lực của "Cygnus X-1" này cung cấp một "mỏ neo" quan trọng để tìm hiểu các tia lỗ đen ở các quy mô khác nhau và có thể được sử dụng để hiệu chỉnh các mô hình phản lực lỗ đen khác nhau với khối lượng từ 10 đến 10 triệu lần khối lượng mặt trời.
Khi một thế hệ mới của các cơ sở khoa học lớn như kính viễn vọng vô tuyến Square Kilometer Array đang được xây dựng ở Tây Úc và Nam Phi đi vào hoạt động, các nhà thiên văn học kỳ vọng sẽ phát hiện được tín hiệu phản lực của lỗ đen từ hàng triệu thiên hà xa xôi. Nhóm nghiên cứu tuyên bố rằng với phép đo chuẩn này của "Cygnus X-1", trong tương lai, khi đếm và giải thích tổng năng lượng phát ra của những mẫu khổng lồ này, họ sẽ có thể đánh giá chính xác hơn tác động phản hồi của lỗ đen lên khí thiên hà chủ, sự hình thành sao và thậm chí cả cấu trúc vũ trụ quy mô lớn.
Nghiên cứu chỉ ra rằng dòng tia của lỗ đen là một trong những cơ chế vật lý quan trọng làm thay đổi môi trường xung quanh và định hình sự tiến hóa của các thiên hà. Chúng có thể bơm năng lượng và vật chất vào không gian giữa các thiên hà, ức chế hoặc kích hoạt sự hình thành một thế hệ sao mới và do đó đóng vai trò “điều tiết” lịch sử của vũ trụ. Phép đo công suất sử dụng "máy bay phản lực nhảy múa" này bổ sung thêm một tiêu chuẩn quan sát chắc chắn cho bức tranh vĩ mô này và được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự hiểu biết sâu hơn của nhân loại về vai trò trung tâm của lỗ đen và các máy bay phản lực của chúng trong quá trình tiến hóa của vũ trụ.