Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra các tia X cực mạnh phát ra từ hai hố đen siêu lớn có niên đại rất lâu đời đến nỗi các tia này tỏa sáng trong ánh sáng còn sót lại của Vụ nổ lớn.
"Chúng đang biến đổi ánh sáng đầu tiên của vũ trụ thành các tia năng lượng cao", Jaya Maithil, nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard và Smithsonian, phát biểu với các phóng viên hôm thứ Hai (ngày 9 tháng 6) tại cuộc họp lần thứ 246 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ ở Anchorage, Alaska.
Sử dụng dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA và Mảng rất lớn Karl G. Jansky (VLA), Maithil và nhóm của bà phát hiện ra rằng mỗi tia trải dài tới 300.000 năm ánh sáng — gần gấp ba lần đường kính của thiên hà Milky Way của chúng ta. Mỗi tia phun ra từ một siêu hố đen đang hoạt động mạnh, được gọi là quasar, nằm cách xa khoảng 11,6 tỷ đến 11,7 tỷ năm ánh sáng.
Các nhà nghiên cứu đã quan sát những cấu trúc khổng lồ này khi chúng xuất hiện khi vũ trụ chỉ mới 3 tỷ năm tuổi, trong giai đoạn các thiên hà và hố đen trung tâm của chúng phát triển với tốc độ chóng mặt.
"Những quasar này giống như những viên nang thời gian vũ trụ", Maithil nói. "Nếu chúng ta hiểu chúng, chúng ta có thể hiểu cách chúng tác động đến sự phát triển của thiên hà và môi trường mà chúng cư trú".
Một trong những luồng tia mới phát hiện, từ một quasar được gọi là J1610+1811, có thể nhìn thấy trong hình ảnh Chandra ở trên. Một đường màu tím nhạt, mảnh kéo dài từ lõi trắng sáng của quasar về phía trên bên phải, kết thúc bằng một đốm sáng nhỏ. Một luồng tia thứ hai mờ hơn dường như bắn theo hướng ngược lại, hướng xuống dưới và sang trái.
"Giống như việc tìm kiếm ánh nến ở gần một chiếc đèn pin đang chiếu về phía chúng ta vậy", Maithil nói.
Liên quan: Lỗ đen đói khát bắn ra luồng tia X sáng gấp 60.000 lần mặt trời
Điều khiến các tia này đặc biệt đáng chú ý là chúng vẫn có thể nhìn thấy được qua hàng tỷ năm ánh sáng. Trong một bài báo được chấp nhận xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn, Maithil và nhóm của bà cho rằng các tia này tỏa sáng trong tia X nhờ tương tác với nền vi sóng vũ trụ (CMB) — bức xạ tàn dư mờ nhạt từ Vụ nổ lớn còn sót lại sau khi vũ trụ nguội đủ để ánh sáng sao có thể di chuyển tự do lần đầu tiên, đánh dấu sự kết thúc của "thời kỳ đen tối của vũ trụ".
Quay trở lại thời điểm các tia này hình thành, CMB đặc hơn nhiều so với hiện nay, lấp đầy không gian bằng một biển photon năng lượng thấp. Theo nghiên cứu mới, khi các electron trong các tia phóng ra ngoài với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, chúng va chạm với các photon CMB này, đẩy chúng lên phạm vi tia X mà Chandra có thể phát hiện được.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
—Quasar sáng nhất từng thấy được cung cấp năng lượng bởi lỗ đen ăn 'một mặt trời mỗi ngày'
—Qua quasar được cung cấp năng lượng bởi lỗ đen đã giết chết các thiên hà lân cận trong vũ trụ sơ khai như thế nào
—Những 'sóng thần quasar' xa xôi đang xé toạc các thiên hà của chính chúng
Các nhà nghiên cứu cho biết quá trình này khiến chúng có thể nhìn thấy được trên khắp các vịnh vũ trụ, mặc dù chúng ở gần lõi chói lọi của quasar.
Các tia từ J1610+1811 có tốc độ 92% đến 98% ánh sáng, mang theo khoảng một nửa năng lượng so với tất cả ánh sáng phát ra từ vật chất xoắn ốc vào lỗ đen — một sản lượng đáng kinh ngạc tương đương với 10 nghìn tỷ mặt trời, nghiên cứu mới phát hiện.
Quasar thứ hai, J1405+0415, nằm cách Trái đất 11,7 tỷ năm ánh sáng, có một luồng tia mạnh mẽ không kém. Bằng cách kết hợp dữ liệu tia X của Chandra và dữ liệu vô tuyến của VLA, các nhà nghiên cứu đã tính toán được rằng các hạt trong luồng tia J1405+0415 đang di chuyển với tốc độ 95% đến 99% tốc độ ánh sáng.
"Chúng tôi phát hiện ra rằng một số hố đen có thể mang sức mạnh lớn hơn ở giai đoạn này của vũ trụ so với những gì chúng tôi nghĩ", Maithil cho biết trong tuyên bố.
"Chúng đang biến đổi ánh sáng đầu tiên của vũ trụ thành các tia năng lượng cao", Jaya Maithil, nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard và Smithsonian, phát biểu với các phóng viên hôm thứ Hai (ngày 9 tháng 6) tại cuộc họp lần thứ 246 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ ở Anchorage, Alaska.
Sử dụng dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA và Mảng rất lớn Karl G. Jansky (VLA), Maithil và nhóm của bà phát hiện ra rằng mỗi tia trải dài tới 300.000 năm ánh sáng — gần gấp ba lần đường kính của thiên hà Milky Way của chúng ta. Mỗi tia phun ra từ một siêu hố đen đang hoạt động mạnh, được gọi là quasar, nằm cách xa khoảng 11,6 tỷ đến 11,7 tỷ năm ánh sáng.
Các nhà nghiên cứu đã quan sát những cấu trúc khổng lồ này khi chúng xuất hiện khi vũ trụ chỉ mới 3 tỷ năm tuổi, trong giai đoạn các thiên hà và hố đen trung tâm của chúng phát triển với tốc độ chóng mặt.
"Những quasar này giống như những viên nang thời gian vũ trụ", Maithil nói. "Nếu chúng ta hiểu chúng, chúng ta có thể hiểu cách chúng tác động đến sự phát triển của thiên hà và môi trường mà chúng cư trú".
Một trong những luồng tia mới phát hiện, từ một quasar được gọi là J1610+1811, có thể nhìn thấy trong hình ảnh Chandra ở trên. Một đường màu tím nhạt, mảnh kéo dài từ lõi trắng sáng của quasar về phía trên bên phải, kết thúc bằng một đốm sáng nhỏ. Một luồng tia thứ hai mờ hơn dường như bắn theo hướng ngược lại, hướng xuống dưới và sang trái.
"Giống như việc tìm kiếm ánh nến ở gần một chiếc đèn pin đang chiếu về phía chúng ta vậy", Maithil nói.
Liên quan: Lỗ đen đói khát bắn ra luồng tia X sáng gấp 60.000 lần mặt trời
Điều khiến các tia này đặc biệt đáng chú ý là chúng vẫn có thể nhìn thấy được qua hàng tỷ năm ánh sáng. Trong một bài báo được chấp nhận xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn, Maithil và nhóm của bà cho rằng các tia này tỏa sáng trong tia X nhờ tương tác với nền vi sóng vũ trụ (CMB) — bức xạ tàn dư mờ nhạt từ Vụ nổ lớn còn sót lại sau khi vũ trụ nguội đủ để ánh sáng sao có thể di chuyển tự do lần đầu tiên, đánh dấu sự kết thúc của "thời kỳ đen tối của vũ trụ".
Quay trở lại thời điểm các tia này hình thành, CMB đặc hơn nhiều so với hiện nay, lấp đầy không gian bằng một biển photon năng lượng thấp. Theo nghiên cứu mới, khi các electron trong các tia phóng ra ngoài với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, chúng va chạm với các photon CMB này, đẩy chúng lên phạm vi tia X mà Chandra có thể phát hiện được.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
—Quasar sáng nhất từng thấy được cung cấp năng lượng bởi lỗ đen ăn 'một mặt trời mỗi ngày'
—Qua quasar được cung cấp năng lượng bởi lỗ đen đã giết chết các thiên hà lân cận trong vũ trụ sơ khai như thế nào
—Những 'sóng thần quasar' xa xôi đang xé toạc các thiên hà của chính chúng
Các nhà nghiên cứu cho biết quá trình này khiến chúng có thể nhìn thấy được trên khắp các vịnh vũ trụ, mặc dù chúng ở gần lõi chói lọi của quasar.
Các tia từ J1610+1811 có tốc độ 92% đến 98% ánh sáng, mang theo khoảng một nửa năng lượng so với tất cả ánh sáng phát ra từ vật chất xoắn ốc vào lỗ đen — một sản lượng đáng kinh ngạc tương đương với 10 nghìn tỷ mặt trời, nghiên cứu mới phát hiện.
Quasar thứ hai, J1405+0415, nằm cách Trái đất 11,7 tỷ năm ánh sáng, có một luồng tia mạnh mẽ không kém. Bằng cách kết hợp dữ liệu tia X của Chandra và dữ liệu vô tuyến của VLA, các nhà nghiên cứu đã tính toán được rằng các hạt trong luồng tia J1405+0415 đang di chuyển với tốc độ 95% đến 99% tốc độ ánh sáng.
"Chúng tôi phát hiện ra rằng một số hố đen có thể mang sức mạnh lớn hơn ở giai đoạn này của vũ trụ so với những gì chúng tôi nghĩ", Maithil cho biết trong tuyên bố.
