Việc phát hiện ra thứ gì đó to lớn đến ngạc nhiên như thế này ở giai đoạn đầu của vũ trụ đã đảo ngược những gì chúng ta từng biết về hố đen và có thể thay đổi các mô hình hình thành thiên hà.
Các tia phun ra từ một lỗ đen khổng lồ lớn hơn những gì người ta nghĩ về mặt lý thuyết là có thể, và có thể thay đổi các ý tưởng về cách các thiên hà phát triển. Cặp tia này là các tia dài nhất, và do đó mạnh nhất, mà chúng ta từng tìm thấy, với tổng chiều dài là 23 triệu năm ánh sáng, gấp hơn 10 lần khoảng cách giữa Ngân Hà và Thiên hà Andromeda.
Lỗ đen siêu lớn (SMBH) tạo ra những luồng tia dữ dội này chắc chắn là rất lớn, nhưng đáng ngạc nhiên hơn, chúng ta đang nhìn thấy nó như cách đây 7,5 tỷ năm, tức là khi vũ trụ mới chỉ bằng một nửa tuổi hiện tại của nó. Bất kỳ thứ gì dữ dội như vậy đều cần một biệt danh và các nhà thiên văn học đã tìm thấy nó đã gọi nó là Porphyrion, theo tên một người khổng lồ trong thần thoại Hy Lạp, theo mô hình gọi các luồng tia dữ dội trước đó là Alcyoneus. Porphyrion lớn hơn 40 phần trăm so với người khổng lồ kia, trước đây được cho là đại diện cho mức tối đa lý thuyết.
"Cặp này không chỉ có kích thước bằng một hệ mặt trời hay một Ngân Hà; chúng ta đang nói đến tổng cộng 140 đường kính Ngân Hà", Tiến sĩ Martijn Oei của Caltech cho biết trong một tuyên bố. "Ngân Hà sẽ là một chấm nhỏ trong hai vụ phun trào khổng lồ này".
Các thiên hà hình thành trên cái được gọi là mạng lưới vũ trụ, các sợi vật chất tập trung hơn phần còn lại của vũ trụ. Khi vũ trụ nhỏ hơn, các sợi của mạng lưới ngắn hơn và dày đặc hơn ngày nay. Những luồng tia này gần như có thể đi qua một trong những khoảng không vũ trụ trong mạng lưới vào thời điểm đó.
"Các nhà thiên văn học tin rằng các thiên hà và lỗ đen trung tâm của chúng cùng tiến hóa, và một khía cạnh quan trọng của điều này là các luồng tia có thể phát tán một lượng năng lượng khổng lồ ảnh hưởng đến sự phát triển của các thiên hà chủ và các thiên hà khác gần chúng", Giáo sư George Djorgovski của Caltech cho biết. "Khám phá này cho thấy tác động của chúng có thể lan rộng xa hơn nhiều so với chúng ta nghĩ".
Mặc dù nhóm nghiên cứu đã thực hiện khám phá này tự tin rằng các luồng tia như thế này sẽ ảnh hưởng đến các thiên hà mà chúng gặp phải, nhưng họ không biết chính xác bằng cách nào. Ví dụ, Oei muốn khám phá mức độ chúng từ hóa mạng lưới.
Một cặp tia đơn lẻ có thể ảnh hưởng đến hàng chục thiên hà xung quanh chúng, nhưng vẫn còn rất nhỏ so với hàng tỷ thiên hà. Tuy nhiên, trong khi Porphyrion có kích thước đáng kinh ngạc, nó đã được tìm thấy trong quá trình khảo sát cho thấy các tia mạnh phổ biến hơn nhiều so với những gì người ta nghi ngờ. Được tiến hành bằng kính thiên văn vô tuyến mảng tần số thấp (LOFAR), dự án đã tìm thấy 11.000 tia khổng lồ này và vẫn còn lâu mới hoàn thành. Con số này, cũng giống như kích thước của ví dụ lớn nhất, đã khiến những người tiến hành tìm kiếm ngạc nhiên.
Giáo sư Martin Hardcastle thuộc Đại học Hertfordshire cho biết: "Chúng tôi đã biết đến máy bay phản lực khổng lồ trước khi bắt đầu chiến dịch, nhưng chúng tôi không ngờ rằng chúng lại xuất hiện nhiều đến vậy".
Khi vật chất bắt đầu xoáy vào lỗ đen, năng lượng được tạo ra phải đi đâu đó và được giải phóng thông qua hỗn hợp bức xạ và tia đẩy nhanh các hạt đến gần tốc độ ánh sáng.
Chúng ta đã thấy các đĩa bồi tụ rực lửa từ các lỗ đen khổng lồ từ thời đại mà chúng ta hiện đang nhìn thấy Porphyrion, và xa hơn nữa , nhưng các luồng phản lực khổng lồ lại là một vấn đề khác. "Cho đến nay, các hệ thống luồng phản lực khổng lồ này dường như là một hiện tượng của vũ trụ gần đây", Oei nói. "Nếu các luồng phản lực xa xôi như thế này có thể đạt đến quy mô của mạng lưới vũ trụ, thì mọi nơi trong vũ trụ có thể đã bị ảnh hưởng bởi hoạt động của lỗ đen tại một thời điểm nào đó trong thời gian vũ trụ".
Tuy nhiên, khảo sát LOFAR đã chỉ ra rằng câu chuyện tiến hóa từ chế độ bức xạ sang chế độ phản lực khi vũ trụ già đi cần phải được xem xét lại.
Trong khi hầu hết hàng ngàn tia mới được phát hiện chỉ là những dòng trong cơ sở dữ liệu, thì một thứ hoành tráng như Porphyrion lại cần được chú ý nhiều hơn. Hai kính viễn vọng vô tuyến có dung lượng khác nhau từ LOFAR đã được sử dụng để xác định xem Porphyrion đến từ thiên hà nào trong hai thiên hà có thể. Không có gì ngạc nhiên khi thiên hà này cũng là một thiên hà khổng lồ, với khối lượng ước tính gấp 10 lần Ngân Hà. Xem xét cách thiên hà của chúng ta phát triển trong thời gian tạm thời bằng cách tiêu thụ các tập hợp sao nhỏ hơn, thì sự khác biệt giữa hai thiên hà ở độ tuổi tương đương thậm chí còn lớn hơn.
Tuy nhiên, điều đáng kinh ngạc hơn là nghiên cứu này cho thấy hố đen Porphyrion cũng phát ra bức xạ mạnh, khiến tổng năng lượng giải phóng thậm chí còn khủng khiếp hơn so với những quan sát ban đầu tiết lộ.
Bằng chứng của Porphyrion cho thấy các hố đen phát ra bức xạ mạnh cũng có thể tạo ra các luồng tia mạnh mẽ đặt ra câu hỏi hiển nhiên về mức độ phổ biến của hiện tượng này.
"Chúng ta có thể đang nhìn vào phần nổi của tảng băng trôi", Oei nói. "Khảo sát LOFAR của chúng tôi chỉ bao phủ 15 phần trăm bầu trời. Và hầu hết các tia phản lực khổng lồ này có thể khó phát hiện, vì vậy chúng tôi tin rằng còn nhiều quái vật khổng lồ khác ngoài kia".
May mắn thay, hiện nay chúng ta có rất nhiều tia phản lực xa xôi khác để khám phá để xem có bao nhiêu tia cũng đang phát ra bức xạ mạnh. Một bài báo sắp ra mắt công bố 8.000 tia như vậy. Mặc dù máy học giúp xác định các ứng cử viên cho các tia phản lực này trong hình ảnh vô tuyến, đây là một lĩnh vực mà mắt người, thậm chí là mắt nghiệp dư, vẫn chưa thể sánh kịp, vì vậy các nhà khoa học công dân đã cung cấp một giai đoạn quan trọng trong việc xác định các vật thể.
Để tạo ra các tia như của Porphyrion, bạn không chỉ cần một SMBH rất lớn và ăn ngấu nghiến. Nó cũng phải ổn định, vì vậy các tia tiếp tục hướng theo cùng một hướng và không có lực xung quanh làm biến dạng các luồng. Hardcastle cho rằng sự ổn định như vậy phải kéo dài một tỷ năm, mặc dù cách nó được duy trì là một điều khác mà nhóm muốn khám phá.
Nếu bạn vẫn chưa thực sự kinh ngạc trước kích thước của Porphyrion, hãy lưu ý rằng 23 triệu năm ánh sáng chỉ là con số tối thiểu – tùy thuộc vào độ nghiêng của nó so với chúng ta, con số này có thể dài hơn đáng kể.
Nghiên cứu mô tả Porphyrion được công bố trên tạp chí Nature. Nghiên cứu về 8.000 hệ thống tia mới sẽ được công bố trên tạp chí Astronomy & Astrophysics
Các tia phun ra từ một lỗ đen khổng lồ lớn hơn những gì người ta nghĩ về mặt lý thuyết là có thể, và có thể thay đổi các ý tưởng về cách các thiên hà phát triển. Cặp tia này là các tia dài nhất, và do đó mạnh nhất, mà chúng ta từng tìm thấy, với tổng chiều dài là 23 triệu năm ánh sáng, gấp hơn 10 lần khoảng cách giữa Ngân Hà và Thiên hà Andromeda.
Lỗ đen siêu lớn (SMBH) tạo ra những luồng tia dữ dội này chắc chắn là rất lớn, nhưng đáng ngạc nhiên hơn, chúng ta đang nhìn thấy nó như cách đây 7,5 tỷ năm, tức là khi vũ trụ mới chỉ bằng một nửa tuổi hiện tại của nó. Bất kỳ thứ gì dữ dội như vậy đều cần một biệt danh và các nhà thiên văn học đã tìm thấy nó đã gọi nó là Porphyrion, theo tên một người khổng lồ trong thần thoại Hy Lạp, theo mô hình gọi các luồng tia dữ dội trước đó là Alcyoneus. Porphyrion lớn hơn 40 phần trăm so với người khổng lồ kia, trước đây được cho là đại diện cho mức tối đa lý thuyết.
"Cặp này không chỉ có kích thước bằng một hệ mặt trời hay một Ngân Hà; chúng ta đang nói đến tổng cộng 140 đường kính Ngân Hà", Tiến sĩ Martijn Oei của Caltech cho biết trong một tuyên bố. "Ngân Hà sẽ là một chấm nhỏ trong hai vụ phun trào khổng lồ này".
Các thiên hà hình thành trên cái được gọi là mạng lưới vũ trụ, các sợi vật chất tập trung hơn phần còn lại của vũ trụ. Khi vũ trụ nhỏ hơn, các sợi của mạng lưới ngắn hơn và dày đặc hơn ngày nay. Những luồng tia này gần như có thể đi qua một trong những khoảng không vũ trụ trong mạng lưới vào thời điểm đó.
"Các nhà thiên văn học tin rằng các thiên hà và lỗ đen trung tâm của chúng cùng tiến hóa, và một khía cạnh quan trọng của điều này là các luồng tia có thể phát tán một lượng năng lượng khổng lồ ảnh hưởng đến sự phát triển của các thiên hà chủ và các thiên hà khác gần chúng", Giáo sư George Djorgovski của Caltech cho biết. "Khám phá này cho thấy tác động của chúng có thể lan rộng xa hơn nhiều so với chúng ta nghĩ".
Mặc dù nhóm nghiên cứu đã thực hiện khám phá này tự tin rằng các luồng tia như thế này sẽ ảnh hưởng đến các thiên hà mà chúng gặp phải, nhưng họ không biết chính xác bằng cách nào. Ví dụ, Oei muốn khám phá mức độ chúng từ hóa mạng lưới.
Một cặp tia đơn lẻ có thể ảnh hưởng đến hàng chục thiên hà xung quanh chúng, nhưng vẫn còn rất nhỏ so với hàng tỷ thiên hà. Tuy nhiên, trong khi Porphyrion có kích thước đáng kinh ngạc, nó đã được tìm thấy trong quá trình khảo sát cho thấy các tia mạnh phổ biến hơn nhiều so với những gì người ta nghi ngờ. Được tiến hành bằng kính thiên văn vô tuyến mảng tần số thấp (LOFAR), dự án đã tìm thấy 11.000 tia khổng lồ này và vẫn còn lâu mới hoàn thành. Con số này, cũng giống như kích thước của ví dụ lớn nhất, đã khiến những người tiến hành tìm kiếm ngạc nhiên.
Giáo sư Martin Hardcastle thuộc Đại học Hertfordshire cho biết: "Chúng tôi đã biết đến máy bay phản lực khổng lồ trước khi bắt đầu chiến dịch, nhưng chúng tôi không ngờ rằng chúng lại xuất hiện nhiều đến vậy".
Khi vật chất bắt đầu xoáy vào lỗ đen, năng lượng được tạo ra phải đi đâu đó và được giải phóng thông qua hỗn hợp bức xạ và tia đẩy nhanh các hạt đến gần tốc độ ánh sáng.
Chúng ta đã thấy các đĩa bồi tụ rực lửa từ các lỗ đen khổng lồ từ thời đại mà chúng ta hiện đang nhìn thấy Porphyrion, và xa hơn nữa , nhưng các luồng phản lực khổng lồ lại là một vấn đề khác. "Cho đến nay, các hệ thống luồng phản lực khổng lồ này dường như là một hiện tượng của vũ trụ gần đây", Oei nói. "Nếu các luồng phản lực xa xôi như thế này có thể đạt đến quy mô của mạng lưới vũ trụ, thì mọi nơi trong vũ trụ có thể đã bị ảnh hưởng bởi hoạt động của lỗ đen tại một thời điểm nào đó trong thời gian vũ trụ".
Tuy nhiên, khảo sát LOFAR đã chỉ ra rằng câu chuyện tiến hóa từ chế độ bức xạ sang chế độ phản lực khi vũ trụ già đi cần phải được xem xét lại.
Trong khi hầu hết hàng ngàn tia mới được phát hiện chỉ là những dòng trong cơ sở dữ liệu, thì một thứ hoành tráng như Porphyrion lại cần được chú ý nhiều hơn. Hai kính viễn vọng vô tuyến có dung lượng khác nhau từ LOFAR đã được sử dụng để xác định xem Porphyrion đến từ thiên hà nào trong hai thiên hà có thể. Không có gì ngạc nhiên khi thiên hà này cũng là một thiên hà khổng lồ, với khối lượng ước tính gấp 10 lần Ngân Hà. Xem xét cách thiên hà của chúng ta phát triển trong thời gian tạm thời bằng cách tiêu thụ các tập hợp sao nhỏ hơn, thì sự khác biệt giữa hai thiên hà ở độ tuổi tương đương thậm chí còn lớn hơn.
Tuy nhiên, điều đáng kinh ngạc hơn là nghiên cứu này cho thấy hố đen Porphyrion cũng phát ra bức xạ mạnh, khiến tổng năng lượng giải phóng thậm chí còn khủng khiếp hơn so với những quan sát ban đầu tiết lộ.
Bằng chứng của Porphyrion cho thấy các hố đen phát ra bức xạ mạnh cũng có thể tạo ra các luồng tia mạnh mẽ đặt ra câu hỏi hiển nhiên về mức độ phổ biến của hiện tượng này.
"Chúng ta có thể đang nhìn vào phần nổi của tảng băng trôi", Oei nói. "Khảo sát LOFAR của chúng tôi chỉ bao phủ 15 phần trăm bầu trời. Và hầu hết các tia phản lực khổng lồ này có thể khó phát hiện, vì vậy chúng tôi tin rằng còn nhiều quái vật khổng lồ khác ngoài kia".
May mắn thay, hiện nay chúng ta có rất nhiều tia phản lực xa xôi khác để khám phá để xem có bao nhiêu tia cũng đang phát ra bức xạ mạnh. Một bài báo sắp ra mắt công bố 8.000 tia như vậy. Mặc dù máy học giúp xác định các ứng cử viên cho các tia phản lực này trong hình ảnh vô tuyến, đây là một lĩnh vực mà mắt người, thậm chí là mắt nghiệp dư, vẫn chưa thể sánh kịp, vì vậy các nhà khoa học công dân đã cung cấp một giai đoạn quan trọng trong việc xác định các vật thể.
Để tạo ra các tia như của Porphyrion, bạn không chỉ cần một SMBH rất lớn và ăn ngấu nghiến. Nó cũng phải ổn định, vì vậy các tia tiếp tục hướng theo cùng một hướng và không có lực xung quanh làm biến dạng các luồng. Hardcastle cho rằng sự ổn định như vậy phải kéo dài một tỷ năm, mặc dù cách nó được duy trì là một điều khác mà nhóm muốn khám phá.
Nếu bạn vẫn chưa thực sự kinh ngạc trước kích thước của Porphyrion, hãy lưu ý rằng 23 triệu năm ánh sáng chỉ là con số tối thiểu – tùy thuộc vào độ nghiêng của nó so với chúng ta, con số này có thể dài hơn đáng kể.
Nghiên cứu mô tả Porphyrion được công bố trên tạp chí Nature. Nghiên cứu về 8.000 hệ thống tia mới sẽ được công bố trên tạp chí Astronomy & Astrophysics
