Kinh ngạc! Phát hiện tia plasma khổng lồ cổ xưa nhất từ lỗ đen vũ trụ trong vũ trụ sơ khai
Nội dung bài viết Đọc full bài viết tại: https://khothoc.com/0w64
Các nhà thiên văn học đã sử dụng kính viễn vọng vô tuyến trải dài trên một lục địa để tìm ra tia plasma khổng lồ từ lỗ đen vũ trụ lớn nhất từng được quan sát thấy trong vụ trụ sơ khai.
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một tia plasma từ lỗ đen vũ trụ phun trào khi vũ trụ chưa đầy 1,2 tỷ năm tuổi, hay khoảng 9% tuổi hiện tại của nó. Tia plasma khổng lồ này kéo dài 200.000 năm ánh sáng – gấp đôi chiều rộng của Ngân Hà – khiến nó trở thành tia plasma khổng lồ từ lỗ đen vũ trụ lớn nhất từng được quan sát thấy từ một kỷ nguyên sơ khai như vậy.
Hàng thập kỷ quan sát đã tiết lộ rằng các lỗ đen vũ trụ ẩn náu ở trung tâm các thiên hà hút khí và bụi gần đó vào một đĩa xoáy. Khi vật chất này rơi vào, nó giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ do ma sát, do đó thúc đẩy các lỗ đen vũ trụ đẩy một số vật chất ra ngoài dưới dạng các tia plasma mạnh mẽ. Mặc dù kính viễn vọng vô tuyến đã tìm thấy hàng trăm tia plasma khổng lồ như vậy – thậm chí cả những tia plasma khổng lồ lớn – nhưng không có tia nào được phát hiện trong vụ trụ sơ khai xa xôi.
Anniek Gloudemans, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại NOIRLab của Quỹ Khoa học Quốc gia, người dẫn đầu khám phá, nói với Live Science: “Khám phá này hiện cho thấy rằng những tia plasma này tồn tại và chúng ta có thể phát hiện chúng.” Ngoài việc giúp các nhà thiên văn học xác định thời điểm các tia plasma từ lỗ đen vũ trụ đầu tiên hình thành trong vũ trụ, khám phá này còn giúp họ hiểu cách các tia plasma ảnh hưởng đến sự tiến hóa ban đầu của các thiên hà chủ của chúng, bà nói thêm.
“CHÚNG TÔI RẤT KINH NGẠC, NHƯNG CŨNG HOÀI NGHI”
Tia plasma khổng lồ mới được phát hiện phun ra từ cả hai phía của một lỗ đen vũ trụ đang hoạt động – một chuẩn tinh (quasar) có tên J1601 + 3102, có khối lượng gấp 450 triệu lần Mặt trời và nằm ở trung tâm của một thiên hà cách Trái đất khoảng 10 tỷ đến 13 tỷ năm ánh sáng.
Chuẩn tinh được phát hiện vào năm 2022 bởi một mạng lưới ăng-ten vô tuyến ở Hà Lan, là một phần của Mảng tần số thấp (LOFAR). Khám phá đó, cũng do Gloudemans dẫn đầu, đã tiết lộ rằng chuẩn tinh này hoàn toàn làm lu mờ thiên hà chủ của nó – đến mức nó nổi bật là sáng nhất trong số gần hai chục đối tượng tương tự được LOFAR khảo sát.
Điều này đã thu hút sự chú ý của Gloudemans, thúc đẩy cô và các đồng nghiệp thực hiện các quan sát tiếp theo. Lần này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tất cả 51 ăng-ten của LOFAR trên khắp châu Âu, tạo ra một kính viễn vọng vô tuyến có kích thước bằng cả một lục địa, giúp cải thiện mức độ chi tiết lên gấp 20 lần so với các quan sát trước đây. Hình ảnh thu được của tia plasma khổng lồ từ lỗ đen vũ trụ rất quan trọng trong việc xác nhận kích thước của nó, theo nghiên cứu mới được công bố ngày 6 tháng 2 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Chủ yếu, hình ảnh đó cho thấy một thùy phía bắc của tia plasma nằm cách chuẩn tinh 29.358 năm ánh sáng, cũng như một đốm phía nam dường như kéo dài tới 186.954 năm ánh sáng. Xem xét kỹ hơn đã xác nhận rằng đốm phía nam thực sự thuộc về chuẩn tinh, khiến Gloudemans và các đồng nghiệp của cô diễn giải nó là phản lực, và do đó là tia plasma khổng lồ lớn nhất được quan sát thấy trong vụ trụ sơ khai.
Gloudemans nói với Live Science: “Chúng tôi rất kinh ngạc, nhưng cũng hoài nghi, vì vậy chúng tôi đã đảm bảo tập hợp tất cả bằng chứng trước khi công bố công trình này.”
MỘT ÁNH SÁNG CỰC ĐOAN
Mặc dù không phải là hiếm trong vũ trụ gần đó, nhưng những tia plasma khổng lồ như vậy vẫn chưa được phát hiện trong vụ trụ sơ khai vì bức xạ còn sót lại từ Vụ nổ lớn, được gọi là nền vi sóng vũ trụ, mạnh hơn trong các kỷ nguyên trước đó, khi vũ trụ nhỏ hơn và dày đặc hơn. Sự tương tác giữa bức xạ còn sót lại này và các tia plasma khổng lồ từ lỗ đen vũ trụ khiến các tia plasma – giống như tia mới được phát hiện – suy yếu ở bước sóng vô tuyến, khiến lượng khí thải giảm đi của chúng khó phát hiện trong các quan sát bằng kính viễn vọng.
Gloudemans cho biết trong một tuyên bố: “Chỉ vì vật thể này quá cực đoan mà chúng ta có thể quan sát nó từ Trái đất, mặc dù nó thực sự ở rất xa.” Mặc dù các thuộc tính cực đoan của tia plasma khổng lồ, dữ liệu từ Đài thiên văn Gemini ở Hawaii cho thấy lỗ đen vũ trụ chịu trách nhiệm cho luồng này tương đối nhẹ so với các chuẩn tinh khác từ vụ trụ sơ khai, thường có khối lượng gấp hàng tỷ lần Mặt trời.
Phát hiện này cho thấy các tia plasma mạnh nhất không nhất thiết được tạo ra từ các lỗ đen vũ trụ đặc biệt lớn, hoặc từ các lỗ đen vũ trụ đang tích tụ nhiều vật chất gần giới hạn lý thuyết, Gloudemans nói với Live Science.
Gloudemans nói: “Chúng tôi đã mong đợi tia plasma khổng lồ mới được phát hiện này sẽ chứa một lỗ đen vũ trụ phi thường, nhưng trường hợp này không xảy ra.” Cần phải khám phá thêm nhiều tia plasma mở rộng này trong vụ trụ sơ khai để các nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về mức độ phổ biến của chúng, bà nói, “nhưng công trình này ít nhất cho thấy rằng một lỗ đen vũ trụ không cần phải có khối lượng đặc biệt để tạo ra một tia plasma như vậy vào thời điểm này.”
Năng lượng khổng lồ được giải phóng bởi các tia plasma khổng lồ từ lỗ đen vũ trụ có thể làm thay đổi sự tiến hóa của các thiên hà thông qua một số cơ chế liên kết với nhau, điều chỉnh lượng vật chất có sẵn để hình thành các ngôi sao. Do đó, J1601 + 3102 sẽ là một phòng thí nghiệm vũ trụ có giá trị để nghiên cứu cách các tia plasma ảnh hưởng đến các thiên hà trong vụ trụ sơ khai.
Gloudemans cho biết, các quan sát trong tương lai có khả năng tiết lộ nhiều tia plasma vô tuyến mở rộng hơn trong vụ trụ sơ khai. Bà nói: “Chắc chắn có nhiều tia plasma vô tuyến mở rộng hơn ngoài kia.”
