Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một nhóm 15 thiên hà vô tuyến khổng lồ mới trong phạm vi quan sát "Sculptor Field" của kính viễn vọng Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) của Úc. Đây là một sự kiện lớn vì các thiên hà vô tuyến khổng lồ là những thiên thể đơn lẻ lớn nhất trong vũ trụ đã biết, mỗi thiên hà rộng hơn 2,3 triệu năm ánh sáng.
Những ví dụ mới này có kích thước từ 3,7 triệu năm ánh sáng đến 12,4 triệu năm ánh sáng. Để dễ hình dung, Ngân Hà rộng khoảng 105.700 năm ánh sáng. Điều đó có nghĩa là thiên hà của chúng ta sẽ vừa khít với thiên hà vô tuyến khổng lồ mới lớn nhất này, được gọi là ASKAP J0107–2347, gấp hơn 117 lần.
ASKAP J0107–2347, nằm cách xa khoảng 1,5 tỷ năm ánh sáng, cũng đáng chú ý vì nó có hai bộ thùy vô tuyến, một bên trong một bên. Các thùy bên trong sáng và ngắn, trong khi các thùy bên ngoài mờ và dài. Cấu trúc giống búp bê lồng vào nhau này có thể gợi ý về cách các Thiên hà vô tuyến khổng lồ trở nên lớn như vậy.
"Các thiên hà vô tuyến khổng lồ là những vật thể đơn lẻ lớn nhất trong vũ trụ. Chúng có kích thước tương tự như toàn bộ Nhóm địa phương, bao gồm Ngân Hà, Andromeda và rất nhiều thiên hà lùn", Baerbel Silvia Koribalski, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu của Đại học Tây Sydney, nói với Space.com. "Chúng tôi muốn tìm hiểu cách các thiên hà vô tuyến khổng lồ phát triển lớn đến vậy."
Tất cả các thiên hà lớn được cho là có các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng và nhiều trong số chúng đang ăn hoặc "bù đắp" vật chất và do đó nằm trong các AGN trong khi thể hiện hoạt động của luồng phản lực. Điều khiến Giant Radio Galaxies trở nên khác biệt là các tia của chúng trải dài từ 2,3 triệu đến 15,3 triệu năm ánh sáng, tạo ra các thùy phát sóng vô tuyến song sinh khổng lồ xung quanh các thiên hà này tại mặt trận xung kích của các tia này.
"Đôi khi các hố đen siêu lớn này đang ăn, và các tia vô tuyến mạnh được nhìn thấy xuất hiện từ gần hố đen", Koribalski cho biết. "Những lần khác, hố đen siêu lớn không hoạt động, vì vậy chúng ta không thấy tia nào và các thùy hình thành xung quanh đầu tia từ từ mờ đi".
Nhà nghiên cứu nói thêm rằng, trừ khi các tia và thùy được tái tạo năng lượng. Sự hợp nhất giữa các thiên hà được cho là đóng vai trò trong việc khởi động lại hoạt động của lỗ đen siêu lớn, do đó nạp lại các luồng tia này và tạo ra một tập hợp thùy bên trong sáng hơn thứ hai.
Để nghiên cứu hiện tượng này cũng như sự mờ dần của các thùy vô tuyến, Koribalski giải thích rằng cần có ba điều: độ nhạy cao, độ phân giải góc tốt và tần số quan sát tương đối thấp. ASKAP, một mảng giao thoa kế vô tuyến có đường kính 6 km bao gồm 36 kính thiên văn ở Tây Úc, cung cấp hình ảnh vô tuyến có độ phân giải cao, trường rộng và do đó hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đó.
"Vì ASKAP được trang bị các máy thu trường rộng mới, Nguồn cấp dữ liệu mảng pha Checkerboard trông giống như bàn cờ vua, nên chúng tôi có thể thực hiện các cuộc khảo sát bầu trời rộng lớn", Koribalski cho biết. "Trong mỗi lần quan sát, chúng tôi thấy một khu vực rộng 30 độ vuông, trong khi các máy giao thoa vô tuyến trước đây chỉ thấy khoảng một độ vuông. Vì vậy, mỗi hình ảnh do ASKAP tạo ra đều là một kho báu!"
Dữ liệu ASKAP mà Koribalski sử dụng trong nghiên cứu này tập trung vào thiên hà bùng nổ sao NGC 253, hay "thiên hà Sculptor", nằm cách xa khoảng 8 triệu năm ánh sáng, tạo ra trường ASKAP sâu nhất từ trước đến nay, trường Sculptor.
"Trong khi kiểm tra trường ASKAP sâu này, tôi đã tìm thấy một số lượng lớn bất thường các Thiên hà vô tuyến khổng lồ, không chỉ rất lớn về mặt vật lý mà còn lớn về kích thước góc của chúng", Koribalski cho biết. "Phần sau, cùng với độ sâu của trường, giúp có thể nghiên cứu các Thiên hà vô tuyến khổng lồ này một cách chi tiết, đặc biệt là hình thái, tính đối xứng và tuổi của chúng."
"Quay lại câu hỏi về cách các thiên hà vô tuyến khổng lồ phát triển lớn như vậy? Có vẻ như trừ khi có thứ gì đó cản trở sự mở rộng thùy, chúng sẽ tiếp tục phát triển, mở rộng và mờ dần", Koribalski nói. "Vì vậy, trong nhiều trường hợp, chúng tôi phát hiện ra các thùy vô tuyến cũ bên ngoài cùng với một tập hợp các thùy vô tuyến trẻ bên trong mới cùng với các tia được tạo ra khi hoạt động của lỗ đen siêu lớn khởi động lại. Điều này cho phép chúng tôi nghiên cứu các thang thời gian mà AGN bật và tắt".
Về nguyên nhân của các khoảng thời gian cắt đứt này, Koribalski nói thêm rằng các thùy vô tuyến được tạo ra trong các cụm thiên hà. Điều đó có nghĩa là cái gọi là "thời tiết cụm", các tương tác động xảy ra giữa các thiên hà trong cụm, có thể đóng vai trò lớn trong việc định hình các thiên hà vô tuyến, ngăn chặn sự mở rộng của chúng hoặc tạo ra các cấu trúc như đuôi vô tuyến góc rộng, đuôi sứa hoặc đuôi hợp nhất như được thấy trong Thiên hà Corkscrew.
Các câu chuyện liên quan:
— Các nhà khoa học cho biết các lỗ đen có thể hoạt động như các máy va chạm hạt tự nhiên để săn tìm vật chất tối
— Cái chết đẫm máu của một ngôi sao khổng lồ do lỗ đen là sự kiện lớn nhất và sáng nhất cùng loại
— Ngôi sao thoát khỏi lỗ đen siêu lớn háu đói, bỏ lại người bạn đồng hành là ngôi sao của nó
Dữ liệu ASKAP có thể giúp đi đến tận cùng của sự phát triển của Thiên hà vô tuyến khổng lồ, bởi vì trong khi các thùy cũ của những thiên hà khổng lồ này rất lớn, khuếch tán và mờ nhạt đến mức chúng thường không thể phát hiện được trong các cuộc khảo sát nông, thì các cuộc khảo sát ASKAP lại đủ sâu để nhìn thấy những cấu trúc mờ nhạt này.
ASKAP J0107–2347 là một ví dụ điển hình về dạng khảo cổ học thiên hà này và nó có thể sớm được gia nhập bởi nhiều Thiên hà vô tuyến khổng lồ có thùy kép hơn, giúp giải mã bí ẩn của những cấu trúc vũ trụ rộng lớn này.
"ASKAP sẽ làm tăng đáng kể số lượng Thiên hà vô tuyến khổng lồ ở gần và xa", Koribalski cho biết. "Các cuộc khảo sát bầu trời của ASKAP cung cấp rất nhiều dữ liệu đến nỗi ngay cả những vật thể hiếm giờ đây cũng có thể được phát hiện với số lượng lớn hơn."
Phiên bản in trước của nghiên cứu của nhóm được công bố trên trang lưu trữ bài báo arXiv.
Những ví dụ mới này có kích thước từ 3,7 triệu năm ánh sáng đến 12,4 triệu năm ánh sáng. Để dễ hình dung, Ngân Hà rộng khoảng 105.700 năm ánh sáng. Điều đó có nghĩa là thiên hà của chúng ta sẽ vừa khít với thiên hà vô tuyến khổng lồ mới lớn nhất này, được gọi là ASKAP J0107–2347, gấp hơn 117 lần.
ASKAP J0107–2347, nằm cách xa khoảng 1,5 tỷ năm ánh sáng, cũng đáng chú ý vì nó có hai bộ thùy vô tuyến, một bên trong một bên. Các thùy bên trong sáng và ngắn, trong khi các thùy bên ngoài mờ và dài. Cấu trúc giống búp bê lồng vào nhau này có thể gợi ý về cách các Thiên hà vô tuyến khổng lồ trở nên lớn như vậy.
"Các thiên hà vô tuyến khổng lồ là những vật thể đơn lẻ lớn nhất trong vũ trụ. Chúng có kích thước tương tự như toàn bộ Nhóm địa phương, bao gồm Ngân Hà, Andromeda và rất nhiều thiên hà lùn", Baerbel Silvia Koribalski, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu của Đại học Tây Sydney, nói với Space.com. "Chúng tôi muốn tìm hiểu cách các thiên hà vô tuyến khổng lồ phát triển lớn đến vậy."
Thiên hà vô tuyến khổng lồ và lỗ đen
Koribalski giải thích rằng thông thường, một thiên hà vô tuyến khổng lồ là một thiên hà hình elip khổng lồ có một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm. Khi các lỗ đen này ăn vật chất xung quanh, tạo ra một vùng gọi là Nhân thiên hà hoạt động (AGN), chúng sẽ phun ra các luồng vật chất mạnh mẽ với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.Tất cả các thiên hà lớn được cho là có các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng và nhiều trong số chúng đang ăn hoặc "bù đắp" vật chất và do đó nằm trong các AGN trong khi thể hiện hoạt động của luồng phản lực. Điều khiến Giant Radio Galaxies trở nên khác biệt là các tia của chúng trải dài từ 2,3 triệu đến 15,3 triệu năm ánh sáng, tạo ra các thùy phát sóng vô tuyến song sinh khổng lồ xung quanh các thiên hà này tại mặt trận xung kích của các tia này.
"Đôi khi các hố đen siêu lớn này đang ăn, và các tia vô tuyến mạnh được nhìn thấy xuất hiện từ gần hố đen", Koribalski cho biết. "Những lần khác, hố đen siêu lớn không hoạt động, vì vậy chúng ta không thấy tia nào và các thùy hình thành xung quanh đầu tia từ từ mờ đi".
Nhà nghiên cứu nói thêm rằng, trừ khi các tia và thùy được tái tạo năng lượng. Sự hợp nhất giữa các thiên hà được cho là đóng vai trò trong việc khởi động lại hoạt động của lỗ đen siêu lớn, do đó nạp lại các luồng tia này và tạo ra một tập hợp thùy bên trong sáng hơn thứ hai.
Để nghiên cứu hiện tượng này cũng như sự mờ dần của các thùy vô tuyến, Koribalski giải thích rằng cần có ba điều: độ nhạy cao, độ phân giải góc tốt và tần số quan sát tương đối thấp. ASKAP, một mảng giao thoa kế vô tuyến có đường kính 6 km bao gồm 36 kính thiên văn ở Tây Úc, cung cấp hình ảnh vô tuyến có độ phân giải cao, trường rộng và do đó hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đó.
"Vì ASKAP được trang bị các máy thu trường rộng mới, Nguồn cấp dữ liệu mảng pha Checkerboard trông giống như bàn cờ vua, nên chúng tôi có thể thực hiện các cuộc khảo sát bầu trời rộng lớn", Koribalski cho biết. "Trong mỗi lần quan sát, chúng tôi thấy một khu vực rộng 30 độ vuông, trong khi các máy giao thoa vô tuyến trước đây chỉ thấy khoảng một độ vuông. Vì vậy, mỗi hình ảnh do ASKAP tạo ra đều là một kho báu!"
Dữ liệu ASKAP mà Koribalski sử dụng trong nghiên cứu này tập trung vào thiên hà bùng nổ sao NGC 253, hay "thiên hà Sculptor", nằm cách xa khoảng 8 triệu năm ánh sáng, tạo ra trường ASKAP sâu nhất từ trước đến nay, trường Sculptor.
"Trong khi kiểm tra trường ASKAP sâu này, tôi đã tìm thấy một số lượng lớn bất thường các Thiên hà vô tuyến khổng lồ, không chỉ rất lớn về mặt vật lý mà còn lớn về kích thước góc của chúng", Koribalski cho biết. "Phần sau, cùng với độ sâu của trường, giúp có thể nghiên cứu các Thiên hà vô tuyến khổng lồ này một cách chi tiết, đặc biệt là hình thái, tính đối xứng và tuổi của chúng."
"Quay lại câu hỏi về cách các thiên hà vô tuyến khổng lồ phát triển lớn như vậy? Có vẻ như trừ khi có thứ gì đó cản trở sự mở rộng thùy, chúng sẽ tiếp tục phát triển, mở rộng và mờ dần", Koribalski nói. "Vì vậy, trong nhiều trường hợp, chúng tôi phát hiện ra các thùy vô tuyến cũ bên ngoài cùng với một tập hợp các thùy vô tuyến trẻ bên trong mới cùng với các tia được tạo ra khi hoạt động của lỗ đen siêu lớn khởi động lại. Điều này cho phép chúng tôi nghiên cứu các thang thời gian mà AGN bật và tắt".
Về nguyên nhân của các khoảng thời gian cắt đứt này, Koribalski nói thêm rằng các thùy vô tuyến được tạo ra trong các cụm thiên hà. Điều đó có nghĩa là cái gọi là "thời tiết cụm", các tương tác động xảy ra giữa các thiên hà trong cụm, có thể đóng vai trò lớn trong việc định hình các thiên hà vô tuyến, ngăn chặn sự mở rộng của chúng hoặc tạo ra các cấu trúc như đuôi vô tuyến góc rộng, đuôi sứa hoặc đuôi hợp nhất như được thấy trong Thiên hà Corkscrew.
Các câu chuyện liên quan:
— Các nhà khoa học cho biết các lỗ đen có thể hoạt động như các máy va chạm hạt tự nhiên để săn tìm vật chất tối
— Cái chết đẫm máu của một ngôi sao khổng lồ do lỗ đen là sự kiện lớn nhất và sáng nhất cùng loại
— Ngôi sao thoát khỏi lỗ đen siêu lớn háu đói, bỏ lại người bạn đồng hành là ngôi sao của nó
Dữ liệu ASKAP có thể giúp đi đến tận cùng của sự phát triển của Thiên hà vô tuyến khổng lồ, bởi vì trong khi các thùy cũ của những thiên hà khổng lồ này rất lớn, khuếch tán và mờ nhạt đến mức chúng thường không thể phát hiện được trong các cuộc khảo sát nông, thì các cuộc khảo sát ASKAP lại đủ sâu để nhìn thấy những cấu trúc mờ nhạt này.
ASKAP J0107–2347 là một ví dụ điển hình về dạng khảo cổ học thiên hà này và nó có thể sớm được gia nhập bởi nhiều Thiên hà vô tuyến khổng lồ có thùy kép hơn, giúp giải mã bí ẩn của những cấu trúc vũ trụ rộng lớn này.
"ASKAP sẽ làm tăng đáng kể số lượng Thiên hà vô tuyến khổng lồ ở gần và xa", Koribalski cho biết. "Các cuộc khảo sát bầu trời của ASKAP cung cấp rất nhiều dữ liệu đến nỗi ngay cả những vật thể hiếm giờ đây cũng có thể được phát hiện với số lượng lớn hơn."
Phiên bản in trước của nghiên cứu của nhóm được công bố trên trang lưu trữ bài báo arXiv.
