Jinu
Intern Writer
Tưởng chừng vũ trụ đã hé lộ mọi bí mật về những gã khổng lồ đen tối nhất, nhưng một khám phá mới đây lại cho chúng ta thấy một góc nhìn hoàn toàn khác về thuở sơ khai của vũ trụ. Các nhà khoa học vừa tìm thấy hố đen ngủ đông xa nhất từng được biết đến, một "quái vật" vũ trụ đã hình thành từ rất sớm, khi vũ trụ chỉ mới 3 tỷ năm tuổi.
Trong nhiều năm, các nhà thiên văn học thường dựa vào những chuẩn tinh (quasar) rực rỡ – những hố đen siêu khối lượng đang tích cực nuốt chửng vật chất xung quanh – để nghiên cứu vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, những thiên thể phát sáng này chỉ kể được một phần câu chuyện. Giờ đây, việc phát hiện ra hố đen ngủ đông xa nhất từ trước đến nay mang đến một cơ hội hiếm có để chúng ta quan sát một thiên thể khổng lồ đã "yên giấc" từ lâu.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế, bao gồm các nhà khoa học từ Đại học College London (UCL), đã phát hiện ra hố đen này trong thiên hà MRGM0138, cách Trái Đất hơn 10 tỷ năm ánh sáng. Khám phá này, được công bố trên tạp chí *Science*, đã phá vỡ kỷ lục về khoảng cách phát hiện hố đen ngủ đông xa nhất tới 15 lần.
Hố đen này có khối lượng khổng lồ, ước tính khoảng 6 tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Sự tồn tại của nó mở ra những cánh cửa chưa từng có để nghiên cứu sự tiến hóa của các hố đen siêu khối lượng và các thiên hà chủ của chúng trong giai đoạn hình thành vũ trụ.
Để xác định khối lượng của nó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu quan sát từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) của NASA để theo dõi chuyển động của các ngôi sao quay quanh thiên thể vốn không thể nhìn thấy này. Mặc dù phương pháp này, được gọi là động lực học sao (stellar dynamics), đã được dùng để đo các hố đen ngủ đông ở các thiên hà gần hơn, đây là lần đầu tiên nó được áp dụng thành công ở một khoảng cách xa đến vậy trong vũ trụ.
Giáo sư Richard Ellis, tác giả cấp cao từ Khoa Vật lý và Thiên văn học của UCL, chia sẻ rằng bằng cách xác định cách các ngôi sao chuyển động tập thể trong lõi của thiên hà xa xôi này, nhóm nghiên cứu đã có thể đo được khối lượng của hố đen siêu khối lượng mà lẽ ra không thể phát hiện. Việc chứng minh tính khả thi của kỹ thuật này đối với các thiên hà trong vũ trụ sơ khai giúp chúng ta có thể thống kê toàn diện hơn về sự tiến hóa của hố đen theo thời gian và suy luận vai trò của chúng trong việc định hình sự tiến hóa của các thiên hà.
Bản thân hố đen không phát ra ánh sáng, nhưng khí rơi vào hố đen có thể giải phóng một lượng lớn bức xạ. Những thiên thể sáng chói này được gọi là nhân thiên hà hoạt động (AGN) hoặc chuẩn tinh, là một trong những hiện tượng sáng nhất trong vũ trụ và tương đối dễ quan sát. Tuy nhiên, hố đen siêu khối lượng trong MRGM0138 lại không hoạt động, hay còn gọi là hố đen ngủ đông. Do hiện tại không có khí rơi vào, các nhà thiên văn học chỉ có thể phát hiện nó thông qua ảnh hưởng hấp dẫn của nó lên các ngôi sao lân cận.
Nhờ sự kết hợp giữa Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) và kỹ thuật thấu kính hấp dẫn, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế do Andrew Newman từ Viện Khoa học Carnegie dẫn đầu đã lần đầu tiên đo được khối lượng của một hố đen ngủ đông trong vũ trụ sơ khai. Bằng cách đo chuyển động tổng hợp của các ngôi sao quay quanh trung tâm thiên hà, nhóm đã xác nhận sự tồn tại của hố đen và tính toán khối lượng của nó. Sự khác biệt về tốc độ giữa các ngôi sao gần hố đen và các ngôi sao xa hơn đã cung cấp dữ liệu cần thiết cho phép đo này. Phương pháp này tương tự như cách xác định khối lượng hố đen ở trung tâm Dải Ngân Hà của chúng ta và một số thiên hà gần đó. Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên kỹ thuật này được áp dụng cho một thiên thể xa đến vậy, khi mà kỷ lục trước đó chỉ ở khoảng cách 700 triệu năm ánh sáng.
Thông thường, việc quan sát chuyển động của các ngôi sao trong một thiên hà xa xôi như vậy là điều không thể. Các nhà nghiên cứu đã vượt qua thách thức này bằng cách tận dụng hiệu ứng thấu kính hấp dẫn – một hiện tượng phóng đại tự nhiên trong vũ trụ. Một thiên hà khác nằm giữa Trái Đất và MRGM0138 đã bẻ cong và tập trung lại ánh sáng từ thiên hà xa xôi này, phóng đại hình ảnh của nó lên tới 30 lần. Hiệu ứng phóng đại này cho phép nhóm nghiên cứu tái tạo cấu trúc bên trong của thiên hà với mức độ chi tiết mà lẽ ra không thể đạt được.
Tiến sĩ Andrew Newman, tác giả chính từ Viện Khoa học Carnegie ở Pasadena, California, cho biết việc kết hợp dữ liệu JWST với thấu kính hấp dẫn đã giúp họ có thể nhìn sâu vào phạm vi ảnh hưởng của hố đen, nơi lực hấp dẫn của nó làm tăng tốc độ của các ngôi sao. Đây là một trong những kỹ thuật tốt nhất để đo khối lượng hố đen, và nhóm rất vui mừng khi có thể áp dụng nó vào một giai đoạn sớm hơn trong lịch sử vũ trụ. Trước đây, chỉ có một số ít hố đen ngủ đông có kích thước tương tự được phát hiện, và tất cả chúng đều gần Trái Đất hơn rất nhiều.
Khám phá này cung cấp những manh mối quan trọng về cách các thiên hà và hố đen trung tâm của chúng cùng tiến hóa trong vũ trụ sơ khai. Các quan sát về các thiên hà lân cận đã tiết lộ mối liên hệ chặt chẽ giữa khối lượng thiên hà và khối lượng hố đen, nhưng các nhà nghiên cứu cần thêm dữ liệu từ các giai đoạn đầu của lịch sử vũ trụ để hiểu mối quan hệ này đã hình thành như thế nào.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy cả hố đen và thiên hà chủ của nó đều đang ở trạng thái ngủ đông. Thiên hà này không còn tạo ra các ngôi sao mới, cho thấy MRGM0138 có thể từng chứa một chuẩn tinh sáng chói. Các nhà khoa học cho rằng khi hố đen phát triển nhanh chóng, năng lượng mà nó giải phóng đã làm nóng hoặc đẩy khí cần thiết để hình thành các ngôi sao mới ra ngoài, từ đó chấm dứt hiệu quả quá trình hình thành sao.
Các nhà khoa học kỳ vọng rằng trong tương lai, các quan sát từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) và các kính viễn vọng không gian khác sẽ phát hiện thêm nhiều hố đen ngủ đông từ vũ trụ sơ khai. Những khám phá này có thể tiết lộ thêm về cách hố đen ức chế sự hình thành sao và cách các hố đen ngủ đông có thể tái hoạt động khi vật chất mới bắt đầu chảy vào.
Hố đen là những thiên thể có lực hấp dẫn cực mạnh trong vũ trụ, hình thành khi một ngôi sao khối lượng lớn cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân và lõi của nó sụp đổ. Trường hấp dẫn của nó mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra, vì vậy chúng ta không thể quan sát trực tiếp mà chỉ có thể phát hiện gián tiếp thông qua bức xạ từ đĩa bồi tụ vật chất xung quanh hoặc hiệu ứng thấu kính hấp dẫn. Là một thiên thể được thuyết tương đối rộng dự đoán, hố đen có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc và sự tiến hóa của vũ trụ.
Nguồn: University College London
Trong nhiều năm, các nhà thiên văn học thường dựa vào những chuẩn tinh (quasar) rực rỡ – những hố đen siêu khối lượng đang tích cực nuốt chửng vật chất xung quanh – để nghiên cứu vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, những thiên thể phát sáng này chỉ kể được một phần câu chuyện. Giờ đây, việc phát hiện ra hố đen ngủ đông xa nhất từ trước đến nay mang đến một cơ hội hiếm có để chúng ta quan sát một thiên thể khổng lồ đã "yên giấc" từ lâu.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế, bao gồm các nhà khoa học từ Đại học College London (UCL), đã phát hiện ra hố đen này trong thiên hà MRGM0138, cách Trái Đất hơn 10 tỷ năm ánh sáng. Khám phá này, được công bố trên tạp chí *Science*, đã phá vỡ kỷ lục về khoảng cách phát hiện hố đen ngủ đông xa nhất tới 15 lần.
Hố đen này có khối lượng khổng lồ, ước tính khoảng 6 tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Sự tồn tại của nó mở ra những cánh cửa chưa từng có để nghiên cứu sự tiến hóa của các hố đen siêu khối lượng và các thiên hà chủ của chúng trong giai đoạn hình thành vũ trụ.
Để xác định khối lượng của nó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu quan sát từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) của NASA để theo dõi chuyển động của các ngôi sao quay quanh thiên thể vốn không thể nhìn thấy này. Mặc dù phương pháp này, được gọi là động lực học sao (stellar dynamics), đã được dùng để đo các hố đen ngủ đông ở các thiên hà gần hơn, đây là lần đầu tiên nó được áp dụng thành công ở một khoảng cách xa đến vậy trong vũ trụ.
Giáo sư Richard Ellis, tác giả cấp cao từ Khoa Vật lý và Thiên văn học của UCL, chia sẻ rằng bằng cách xác định cách các ngôi sao chuyển động tập thể trong lõi của thiên hà xa xôi này, nhóm nghiên cứu đã có thể đo được khối lượng của hố đen siêu khối lượng mà lẽ ra không thể phát hiện. Việc chứng minh tính khả thi của kỹ thuật này đối với các thiên hà trong vũ trụ sơ khai giúp chúng ta có thể thống kê toàn diện hơn về sự tiến hóa của hố đen theo thời gian và suy luận vai trò của chúng trong việc định hình sự tiến hóa của các thiên hà.
Bản thân hố đen không phát ra ánh sáng, nhưng khí rơi vào hố đen có thể giải phóng một lượng lớn bức xạ. Những thiên thể sáng chói này được gọi là nhân thiên hà hoạt động (AGN) hoặc chuẩn tinh, là một trong những hiện tượng sáng nhất trong vũ trụ và tương đối dễ quan sát. Tuy nhiên, hố đen siêu khối lượng trong MRGM0138 lại không hoạt động, hay còn gọi là hố đen ngủ đông. Do hiện tại không có khí rơi vào, các nhà thiên văn học chỉ có thể phát hiện nó thông qua ảnh hưởng hấp dẫn của nó lên các ngôi sao lân cận.
Nhờ sự kết hợp giữa Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) và kỹ thuật thấu kính hấp dẫn, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế do Andrew Newman từ Viện Khoa học Carnegie dẫn đầu đã lần đầu tiên đo được khối lượng của một hố đen ngủ đông trong vũ trụ sơ khai. Bằng cách đo chuyển động tổng hợp của các ngôi sao quay quanh trung tâm thiên hà, nhóm đã xác nhận sự tồn tại của hố đen và tính toán khối lượng của nó. Sự khác biệt về tốc độ giữa các ngôi sao gần hố đen và các ngôi sao xa hơn đã cung cấp dữ liệu cần thiết cho phép đo này. Phương pháp này tương tự như cách xác định khối lượng hố đen ở trung tâm Dải Ngân Hà của chúng ta và một số thiên hà gần đó. Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên kỹ thuật này được áp dụng cho một thiên thể xa đến vậy, khi mà kỷ lục trước đó chỉ ở khoảng cách 700 triệu năm ánh sáng.
Thông thường, việc quan sát chuyển động của các ngôi sao trong một thiên hà xa xôi như vậy là điều không thể. Các nhà nghiên cứu đã vượt qua thách thức này bằng cách tận dụng hiệu ứng thấu kính hấp dẫn – một hiện tượng phóng đại tự nhiên trong vũ trụ. Một thiên hà khác nằm giữa Trái Đất và MRGM0138 đã bẻ cong và tập trung lại ánh sáng từ thiên hà xa xôi này, phóng đại hình ảnh của nó lên tới 30 lần. Hiệu ứng phóng đại này cho phép nhóm nghiên cứu tái tạo cấu trúc bên trong của thiên hà với mức độ chi tiết mà lẽ ra không thể đạt được.
Tiến sĩ Andrew Newman, tác giả chính từ Viện Khoa học Carnegie ở Pasadena, California, cho biết việc kết hợp dữ liệu JWST với thấu kính hấp dẫn đã giúp họ có thể nhìn sâu vào phạm vi ảnh hưởng của hố đen, nơi lực hấp dẫn của nó làm tăng tốc độ của các ngôi sao. Đây là một trong những kỹ thuật tốt nhất để đo khối lượng hố đen, và nhóm rất vui mừng khi có thể áp dụng nó vào một giai đoạn sớm hơn trong lịch sử vũ trụ. Trước đây, chỉ có một số ít hố đen ngủ đông có kích thước tương tự được phát hiện, và tất cả chúng đều gần Trái Đất hơn rất nhiều.
Khám phá này cung cấp những manh mối quan trọng về cách các thiên hà và hố đen trung tâm của chúng cùng tiến hóa trong vũ trụ sơ khai. Các quan sát về các thiên hà lân cận đã tiết lộ mối liên hệ chặt chẽ giữa khối lượng thiên hà và khối lượng hố đen, nhưng các nhà nghiên cứu cần thêm dữ liệu từ các giai đoạn đầu của lịch sử vũ trụ để hiểu mối quan hệ này đã hình thành như thế nào.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy cả hố đen và thiên hà chủ của nó đều đang ở trạng thái ngủ đông. Thiên hà này không còn tạo ra các ngôi sao mới, cho thấy MRGM0138 có thể từng chứa một chuẩn tinh sáng chói. Các nhà khoa học cho rằng khi hố đen phát triển nhanh chóng, năng lượng mà nó giải phóng đã làm nóng hoặc đẩy khí cần thiết để hình thành các ngôi sao mới ra ngoài, từ đó chấm dứt hiệu quả quá trình hình thành sao.
Các nhà khoa học kỳ vọng rằng trong tương lai, các quan sát từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) và các kính viễn vọng không gian khác sẽ phát hiện thêm nhiều hố đen ngủ đông từ vũ trụ sơ khai. Những khám phá này có thể tiết lộ thêm về cách hố đen ức chế sự hình thành sao và cách các hố đen ngủ đông có thể tái hoạt động khi vật chất mới bắt đầu chảy vào.
Hố đen là những thiên thể có lực hấp dẫn cực mạnh trong vũ trụ, hình thành khi một ngôi sao khối lượng lớn cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân và lõi của nó sụp đổ. Trường hấp dẫn của nó mạnh đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra, vì vậy chúng ta không thể quan sát trực tiếp mà chỉ có thể phát hiện gián tiếp thông qua bức xạ từ đĩa bồi tụ vật chất xung quanh hoặc hiệu ứng thấu kính hấp dẫn. Là một thiên thể được thuyết tương đối rộng dự đoán, hố đen có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu cấu trúc và sự tiến hóa của vũ trụ.
Nguồn: University College London
