Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra luồng tia lớn nhất từng được phóng ra từ lỗ đen trong vũ trụ sơ khai.
Phun tia hai thùy tồn tại khi vũ trụ chỉ mới 1,2 tỷ năm tuổi trải dài ít nhất 200.000 năm ánh sáng, dài gấp đôi chiều rộng của Ngân Hà.
Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là lỗ đen cung cấp năng lượng cho quasar mà luồng tia này phun trào, được gọi là J1601+3102, lại tương đối nhỏ. (Đối với một quasar cung cấp năng lượng cho một siêu hố đen. Nó vẫn có khối lượng tương đương với 450 triệu mặt trời).
"Điều thú vị là quasar cung cấp năng lượng cho luồng vô tuyến khổng lồ này không có khối lượng hố đen cực lớn so với các quasar khác", Anniek Gloudemans, trưởng nhóm và là nhà nghiên cứu tại NOIRLab, cho biết trong một tuyên bố. "Điều này dường như chỉ ra rằng bạn không nhất thiết phải cần một lỗ đen cực lớn hoặc tốc độ bồi tụ để tạo ra các luồng phản lực mạnh như vậy trong vũ trụ sơ khai."
Các quasar được hình thành khi các lỗ đen siêu lớn được bao quanh bởi một lượng lớn khí và bụi mà chúng có thể hấp thụ. Vật liệu này tạo ra một đám mây khí và bụi dẹt, xoáy tròn được gọi là đĩa bồi tụ xung quanh lỗ đen. Khối lượng khổng lồ của lỗ đen siêu lớn tạo ra lực thủy triều và ma sát cực lớn trong đĩa bồi tụ, làm đĩa quá nhiệt và phát sáng rực rỡ.
Không phải tất cả vật chất trong đĩa bồi tụ đều được đưa vào lỗ đen trung tâm; một số được dẫn đến các cực của nó bằng từ trường mạnh. Các hạt này được tăng tốc đến gần tốc độ ánh sáng và bị thổi ra từ cả hai cực dưới dạng các tia đôi có độ hội tụ cao.
Những tia này có thể được nhìn thấy ở khoảng cách xa bằng kính thiên văn vô tuyến và là cảnh tượng phổ biến trong vũ trụ địa phương. Tuy nhiên, cho đến nay, chúng vẫn còn khá khó nắm bắt trong vũ trụ sơ khai khi vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi mới chỉ bằng chưa đến 10% độ tuổi hiện tại của nó.
Phản xạ phun trào từ J1601+3102 lần đầu tiên được quan sát bởi Kính viễn vọng mảng tần số thấp quốc tế (LOFAR), một mạng lưới các kính viễn vọng vô tuyến đặt tại Châu Âu.
Phát hiện này được theo dõi bởi Máy quang phổ cận hồng ngoại Gemini (GNIRS), trong khi Kính viễn vọng Hobby Eberly cố gắng quan sát nó bằng ánh sáng khả kiến.
"Chúng tôi đang tìm kiếm các quasar có luồng vô tuyến mạnh trong vũ trụ sơ khai, điều này giúp chúng tôi hiểu được cách thức và thời điểm các luồng đầu tiên hình thành và chúng tác động như thế nào đến quá trình tiến hóa của các thiên hà", Gloudemans cho biết. "Chỉ vì vật thể này quá cực đoan nên chúng ta mới có thể quan sát nó từ Trái đất, mặc dù nó thực sự ở rất xa.
"Vật thể này cho thấy những gì chúng ta có thể khám phá bằng cách kết hợp sức mạnh của nhiều kính thiên văn hoạt động ở các bước sóng khác nhau."
Một mục tiêu chính của các quan sát tiếp theo này là xác định các đặc điểm của quasar này và hố đen siêu lớn cung cấp năng lượng cho nó.
Do đó xa hơn, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định rằng hố đen có khối lượng bằng 450 triệu khối lượng mặt trời, nhưng họ cũng hy vọng tìm hiểu được tốc độ mà nó nuốt hoặc tích tụ vật chất.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các tia không hẳn là sinh đôi. Không chỉ một tia ngắn hơn tia kia, mà một thùy tia còn sáng hơn thùy còn lại. Điều này có thể chỉ ra rằng môi trường khắc nghiệt xung quanh hố đen siêu lớn ảnh hưởng đến các tia của nó.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng tia X Chandra của NASA phát hiện ra các hố đen 'thổi' vào thức ăn của chúng để làm mát thức ăn
— Các hố đen siêu lớn trong các thiên hà 'chấm đỏ nhỏ' lớn hơn 1.000 lần so với kích thước bình thường và các nhà thiên văn học không biết tại sao
— Các nhà khoa học phát hiện ra các hố đen quay nhanh ngoài mong đợi: 'Về cơ bản, bạn đang nhìn vào hồ sơ hóa thạch của nó'
"Khi chúng tôi bắt đầu quan sát vật thể này, chúng tôi mong đợi luồng tia phía nam chỉ là một nguồn gần đó không liên quan và phần lớn là nhỏ. Điều đó khiến chúng tôi khá ngạc nhiên khi hình ảnh LOFAR tiết lộ các cấu trúc vô tuyến lớn và chi tiết", thành viên nhóm nghiên cứu Frits Sweijen đến từ Đại học Durham cho biết. "Bản chất của nguồn xa này khiến việc phát hiện ở tần số vô tuyến cao hơn trở nên khó khăn, chứng minh sức mạnh của LOFAR riêng lẻ và sự phối hợp của nó với các thiết bị khác."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ năm (ngày 6 tháng 2) trên The Astrophysical Journal Letters.
Phun tia hai thùy tồn tại khi vũ trụ chỉ mới 1,2 tỷ năm tuổi trải dài ít nhất 200.000 năm ánh sáng, dài gấp đôi chiều rộng của Ngân Hà.
Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là lỗ đen cung cấp năng lượng cho quasar mà luồng tia này phun trào, được gọi là J1601+3102, lại tương đối nhỏ. (Đối với một quasar cung cấp năng lượng cho một siêu hố đen. Nó vẫn có khối lượng tương đương với 450 triệu mặt trời).
"Điều thú vị là quasar cung cấp năng lượng cho luồng vô tuyến khổng lồ này không có khối lượng hố đen cực lớn so với các quasar khác", Anniek Gloudemans, trưởng nhóm và là nhà nghiên cứu tại NOIRLab, cho biết trong một tuyên bố. "Điều này dường như chỉ ra rằng bạn không nhất thiết phải cần một lỗ đen cực lớn hoặc tốc độ bồi tụ để tạo ra các luồng phản lực mạnh như vậy trong vũ trụ sơ khai."
Vẽ một bức tranh về các luồng phản lực lỗ đen siêu lớn sơ khai
Mặc dù tất cả các thiên hà lớn được cho là có một lỗ đen siêu lớn trung tâm với khối lượng gấp hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ lần khối lượng của Mặt trời, nhưng không phải tất cả những gã khổng lồ vũ trụ này đều cung cấp năng lượng cho các quasar.Các quasar được hình thành khi các lỗ đen siêu lớn được bao quanh bởi một lượng lớn khí và bụi mà chúng có thể hấp thụ. Vật liệu này tạo ra một đám mây khí và bụi dẹt, xoáy tròn được gọi là đĩa bồi tụ xung quanh lỗ đen. Khối lượng khổng lồ của lỗ đen siêu lớn tạo ra lực thủy triều và ma sát cực lớn trong đĩa bồi tụ, làm đĩa quá nhiệt và phát sáng rực rỡ.
Không phải tất cả vật chất trong đĩa bồi tụ đều được đưa vào lỗ đen trung tâm; một số được dẫn đến các cực của nó bằng từ trường mạnh. Các hạt này được tăng tốc đến gần tốc độ ánh sáng và bị thổi ra từ cả hai cực dưới dạng các tia đôi có độ hội tụ cao.
Những tia này có thể được nhìn thấy ở khoảng cách xa bằng kính thiên văn vô tuyến và là cảnh tượng phổ biến trong vũ trụ địa phương. Tuy nhiên, cho đến nay, chúng vẫn còn khá khó nắm bắt trong vũ trụ sơ khai khi vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi mới chỉ bằng chưa đến 10% độ tuổi hiện tại của nó.
Phản xạ phun trào từ J1601+3102 lần đầu tiên được quan sát bởi Kính viễn vọng mảng tần số thấp quốc tế (LOFAR), một mạng lưới các kính viễn vọng vô tuyến đặt tại Châu Âu.
Phát hiện này được theo dõi bởi Máy quang phổ cận hồng ngoại Gemini (GNIRS), trong khi Kính viễn vọng Hobby Eberly cố gắng quan sát nó bằng ánh sáng khả kiến.
"Chúng tôi đang tìm kiếm các quasar có luồng vô tuyến mạnh trong vũ trụ sơ khai, điều này giúp chúng tôi hiểu được cách thức và thời điểm các luồng đầu tiên hình thành và chúng tác động như thế nào đến quá trình tiến hóa của các thiên hà", Gloudemans cho biết. "Chỉ vì vật thể này quá cực đoan nên chúng ta mới có thể quan sát nó từ Trái đất, mặc dù nó thực sự ở rất xa.
"Vật thể này cho thấy những gì chúng ta có thể khám phá bằng cách kết hợp sức mạnh của nhiều kính thiên văn hoạt động ở các bước sóng khác nhau."
Một mục tiêu chính của các quan sát tiếp theo này là xác định các đặc điểm của quasar này và hố đen siêu lớn cung cấp năng lượng cho nó.
Do đó xa hơn, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định rằng hố đen có khối lượng bằng 450 triệu khối lượng mặt trời, nhưng họ cũng hy vọng tìm hiểu được tốc độ mà nó nuốt hoặc tích tụ vật chất.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các tia không hẳn là sinh đôi. Không chỉ một tia ngắn hơn tia kia, mà một thùy tia còn sáng hơn thùy còn lại. Điều này có thể chỉ ra rằng môi trường khắc nghiệt xung quanh hố đen siêu lớn ảnh hưởng đến các tia của nó.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng tia X Chandra của NASA phát hiện ra các hố đen 'thổi' vào thức ăn của chúng để làm mát thức ăn
— Các hố đen siêu lớn trong các thiên hà 'chấm đỏ nhỏ' lớn hơn 1.000 lần so với kích thước bình thường và các nhà thiên văn học không biết tại sao
— Các nhà khoa học phát hiện ra các hố đen quay nhanh ngoài mong đợi: 'Về cơ bản, bạn đang nhìn vào hồ sơ hóa thạch của nó'
"Khi chúng tôi bắt đầu quan sát vật thể này, chúng tôi mong đợi luồng tia phía nam chỉ là một nguồn gần đó không liên quan và phần lớn là nhỏ. Điều đó khiến chúng tôi khá ngạc nhiên khi hình ảnh LOFAR tiết lộ các cấu trúc vô tuyến lớn và chi tiết", thành viên nhóm nghiên cứu Frits Sweijen đến từ Đại học Durham cho biết. "Bản chất của nguồn xa này khiến việc phát hiện ở tần số vô tuyến cao hơn trở nên khó khăn, chứng minh sức mạnh của LOFAR riêng lẻ và sự phối hợp của nó với các thiết bị khác."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ năm (ngày 6 tháng 2) trên The Astrophysical Journal Letters.
