Một dị thường vũ trụ được phát hiện trong một thiên hà xa xôi có thể báo hiệu một tương lai khủng khiếp cho sự sống trong Ngân Hà. Phát hiện này cho thấy các mô hình tiến hóa thiên hà của chúng ta có thể không chính xác.
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một hố đen siêu lớn đang phun trào tạo ra một số luồng tia lớn nhất từng thấy bùng nổ từ một thiên hà có cùng hình dạng với thiên hà của chúng ta. Thiên hà đang nói đến cũng sở hữu nhiều vật chất tối hơn Ngân Hà rất nhiều, ám chỉ mối liên hệ giữa các hố đen đang hoạt động và sự phong phú của "vật chất" bí ẩn nhất trong vũ trụ.
Các luồng tia phun ra từ thiên hà xoắn ốc khổng lồ 2MASX J23453268−0449256 (J2345-0449), lớn gấp ba lần Ngân Hà và nằm cách xa 947 triệu năm ánh sáng, bản thân chúng dài tới 6 triệu năm ánh sáng. Và nếu hố đen siêu lớn trong J2345-0449, có khối lượng ước tính tương đương với 1,4 tỷ mặt trời, có thể phun trào dữ dội như vậy, thì hố đen siêu lớn Sagittarius A* (Sgr A*) trong thiên hà của chúng ta cũng có thể nổ tung không? Và nếu vậy, điều này có ý nghĩa gì đối với sự sống trong Ngân Hà?
Mặc dù các tia lớn hơn đã được quan sát thấy trong quá khứ (đáng chú ý nhất là tia có tên "Porphyrion", trải dài 23 triệu năm ánh sáng), nhưng những bức xạ khổng lồ như vậy chủ yếu liên quan đến các thiên hà hình elip, không phải thiên hà xoắn ốc.
"Phát hiện này không chỉ là một điều kỳ lạ - nó buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về cách các thiên hà tiến hóa và cách các hố đen siêu lớn phát triển trong chúng và định hình môi trường của chúng", trưởng nhóm Joydeep Bagchi của Đại học CHRIST, Bangalore, cho biết trong tuyên bố. "Nếu một thiên hà xoắn ốc không chỉ có thể tồn tại mà còn phát triển mạnh mẽ trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy, thì điều này có ý nghĩa gì đối với tương lai của các thiên hà như Ngân Hà của chúng ta?
"Liệu một ngày nào đó thiên hà của chúng ta có thể trải qua những hiện tượng năng lượng cao tương tự, gây ra hậu quả nghiêm trọng cho sự sống quý giá trong đó không?"
Trước đây, các nhà khoa học đã nghĩ rằng một tia dữ dội và khổng lồ như vậy phun ra từ hố đen siêu lớn ở trung tâm của một thiên hà xoắn ốc sẽ phá hủy cấu trúc của thiên hà đó, đặc biệt là các nhánh xoắn ốc đặc biệt tạo nên tên gọi của các thiên hà này.
Tuy nhiên, J2345-0449 có vẻ yên bình và nó đã cố gắng giữ nguyên hình thái của mình, bao gồm các nhánh xoắn ốc, "thanh hạt nhân" sáng chói của các ngôi sao, và một vành đai sao — mặc dù sở hữu một trong những hố đen siêu lớn dữ dội nhất từng thấy trong một thiên hà xoắn ốc.
Như thể điều này chưa đủ kỳ lạ, thiên hà xa xôi này được bao quanh bởi một quầng khí khổng lồ. Ở nhiều thiên hà, vật chất này sẽ nguội đi và ngưng tụ để tạo ra các ngôi sao mới. Tuy nhiên, ở J2345-0449, hố đen trung tâm hoạt động như một lò nung vũ trụ, làm nóng quầng khí này, tạo ra bức xạ tia X và ngăn không cho nó tạo ra các ngôi sao mới.
Tia vũ trụ, tia gamma và tia X, tất cả đều liên quan đến các luồng tia khổng lồ phát ra từ hố đen ở trung tâm thiên hà này, đe dọa mọi sự sống có thể xuất hiện ở J2345-0449.
Trong khi lỗ đen siêu lớn trong J2345-0449 được ước tính có khối lượng từ 250 triệu đến 1,4 tỷ khối lượng mặt trời (có một sự không chắc chắn lớn vì J2345-0449 không có phần phình ở trung tâm, khiến khối lượng của lỗ đen này khó đo), Sgr A* nhỏ hơn nhiều với khối lượng khoảng 4,3 triệu mặt trời.
Hố đen J2345-0449 rất hỗn loạn vì nó tham lam ăn khí và bụi dồi dào xoáy xung quanh nó trong một đám mây phẳng gọi là đĩa bồi tụ. Vật chất mà hố đen không nuốt được sẽ được dẫn đến hai cực của gã khổng lồ vũ trụ này, từ đó nó bị thổi bay ra ngoài với tốc độ gần bằng ánh sáng dưới dạng hai luồng phản lực kép phi thường này.
Sgr A* hiện không có luồng phản lực mạnh như vậy (có tranh luận về việc liệu nó có luồng phản lực nào không) vì nó không ăn nhiều vật chất. Trên thực tế, nếu hố đen siêu lớn trung tâm của chúng ta là một con người, thì nó sẽ tự nuôi sống mình bằng một hạt gạo sau mỗi một triệu năm.
Tuy nhiên, tình hình này có thể thay đổi trong thời gian rất ngắn nếu Sgr A* tự tóm lấy một đám mây khí lớn hoặc một ngôi sao và bắt đầu nuốt chửng nó. Một hiện tượng như vậy được gọi là sự kiện gián đoạn thủy triều (TDE), và trong khi chúng ta đã thấy nhiều sự kiện như vậy ở các thiên hà khác, chúng ta chưa bao giờ thấy một sự kiện nào như vậy ở Sgr A*.
Nếu Sgr A* xé toạc một ngôi sao trong TDE, vật chất từ ngôi sao đó sẽ rơi xung quanh lỗ đen của chúng ta, tạo thành một đĩa bồi tụ. Và điều đó sẽ dẫn đến việc sản sinh ra các luồng tia vật lý thiên văn.
Tác động của các luồng tia như vậy sẽ phụ thuộc vào hướng của chúng, sức mạnh của chúng và lượng năng lượng mà chúng bơm ra.
Nếu một luồng tia từ Sgr A*, cách xa khoảng 27.000 năm ánh sáng, hướng thẳng vào hệ mặt trời, nó sẽ có khả năng tước đi bầu khí quyển của các hành tinh và làm hỏng DNA của sự sống ở đây trên Trái đất. Bức xạ liên quan đến các luồng tia này có thể làm tăng tỷ lệ đột biến.
Nếu Trái Đất bị một luồng tia như vậy tấn công trực tiếp, các hạt năng lượng cao bên trong Trái Đất có thể làm suy thoái tầng ôzôn của chúng ta và dẫn đến sự tuyệt chủng hàng loạt.
Kể cả khi luồng tia như vậy không hướng về Trái Đất, nó vẫn có thể gây ra những hậu quả thảm khốc cho Ngân Hà ở quy mô lớn hơn. Nếu một luồng tia lao vào môi trường liên sao, khí và bụi giữa các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, nó có thể làm nóng chúng và hạn chế sự hình thành sao, giống như những gì nó đã làm ở J2345-0449.
Điều này sẽ không phải là chưa từng có trong Ngân Hà, nơi mà các nhà khoa học tin rằng đã từng bị tàn phá bởi các luồng tia vô tuyến khổng lồ. Tuy nhiên, dự đoán liệu các tia như vậy có thể phun trào trở lại từ Sgr A* hay không và khi nào không dễ như việc phát hiện ra bằng chứng về hoạt động lịch sử của nó.
Có một câu đố khác xoay quanh J2345-0449 mà các nhà thiên văn học sẽ rất muốn điều tra.
Vật chất tối thực sự vô hình vì không giống như vật chất thông thường tạo nên các ngôi sao, hành tinh, mặt trăng, cơ thể chúng ta và mọi thứ chúng ta nhìn thấy xung quanh, nó không tương tác với ánh sáng.
Tuy nhiên, vật chất tối cótương tác với lực hấp dẫn và điều này rất quan trọng đối với J2345-0449. Thiên hà khổng lồ, xa xôi này quay rất nhanh đến nỗi cần một lượng lớn vật chất tối để duy trì cấu trúc của nó và ngăn không cho nó bay ra ngoài.
Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học vẽ ra mối liên hệ giữa hàm lượng vật chất tối của một thiên hà, cấu trúc của thiên hà đó và hoạt động của lỗ đen siêu lớn trung tâm của nó.
Nhóm nghiên cứu cho rằng việc thiết lập thêm mối liên hệ này có thể mở ra một ranh giới hoàn toàn mới cho nghiên cứu khoa học.
Câu chuyện liên quan:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Khám phá của Kính viễn vọng không gian James Webb này có thể khiến bạn phải kinh ngạc
— Vật lý kỳ lạ ở rìa lỗ đen có thể giúp giải quyết 'vấn đề Hubble' dai dẳng
— Lý thuyết mới cho thấy rằng sau cùng, lỗ đen có thể tuân theo các định luật vật lý
"Việc hiểu được những thiên hà hiếm này có thể cung cấp những manh mối quan trọng về các thế lực vô hình chi phối vũ trụ – bao gồm bản chất của vật chất tối, số phận lâu dài của các thiên hà và nguồn gốc của sự sống", thành viên nhóm nghiên cứu Shankar Ray, cũng đến từ Đại học CHRIST, Bangalore, cho biết. "Cuối cùng, nghiên cứu này đưa chúng ta tiến gần hơn một bước tới việc giải mã những bí ẩn của vũ trụ, nhắc nhở chúng ta rằng vũ trụ vẫn ẩn chứa những điều bất ngờ ngoài sức tưởng tượng của chúng ta."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ năm (ngày 20 tháng 3) trên Thông báo hàng tháng của Hội Thiên văn học Hoàng gia.
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một hố đen siêu lớn đang phun trào tạo ra một số luồng tia lớn nhất từng thấy bùng nổ từ một thiên hà có cùng hình dạng với thiên hà của chúng ta. Thiên hà đang nói đến cũng sở hữu nhiều vật chất tối hơn Ngân Hà rất nhiều, ám chỉ mối liên hệ giữa các hố đen đang hoạt động và sự phong phú của "vật chất" bí ẩn nhất trong vũ trụ.
Các luồng tia phun ra từ thiên hà xoắn ốc khổng lồ 2MASX J23453268−0449256 (J2345-0449), lớn gấp ba lần Ngân Hà và nằm cách xa 947 triệu năm ánh sáng, bản thân chúng dài tới 6 triệu năm ánh sáng. Và nếu hố đen siêu lớn trong J2345-0449, có khối lượng ước tính tương đương với 1,4 tỷ mặt trời, có thể phun trào dữ dội như vậy, thì hố đen siêu lớn Sagittarius A* (Sgr A*) trong thiên hà của chúng ta cũng có thể nổ tung không? Và nếu vậy, điều này có ý nghĩa gì đối với sự sống trong Ngân Hà?
Mặc dù các tia lớn hơn đã được quan sát thấy trong quá khứ (đáng chú ý nhất là tia có tên "Porphyrion", trải dài 23 triệu năm ánh sáng), nhưng những bức xạ khổng lồ như vậy chủ yếu liên quan đến các thiên hà hình elip, không phải thiên hà xoắn ốc.
"Phát hiện này không chỉ là một điều kỳ lạ - nó buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về cách các thiên hà tiến hóa và cách các hố đen siêu lớn phát triển trong chúng và định hình môi trường của chúng", trưởng nhóm Joydeep Bagchi của Đại học CHRIST, Bangalore, cho biết trong tuyên bố. "Nếu một thiên hà xoắn ốc không chỉ có thể tồn tại mà còn phát triển mạnh mẽ trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy, thì điều này có ý nghĩa gì đối với tương lai của các thiên hà như Ngân Hà của chúng ta?
"Liệu một ngày nào đó thiên hà của chúng ta có thể trải qua những hiện tượng năng lượng cao tương tự, gây ra hậu quả nghiêm trọng cho sự sống quý giá trong đó không?"
Vòng xoắn ốc tử thần?
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra vụ bùng phát tia vô tuyến đáng chú ý này bằng Kính viễn vọng không gian Hubble, Kính viễn vọng vô tuyến Metrewave khổng lồ và Mảng Atacama Large Millimeter/submillimeter (ALMA).Trước đây, các nhà khoa học đã nghĩ rằng một tia dữ dội và khổng lồ như vậy phun ra từ hố đen siêu lớn ở trung tâm của một thiên hà xoắn ốc sẽ phá hủy cấu trúc của thiên hà đó, đặc biệt là các nhánh xoắn ốc đặc biệt tạo nên tên gọi của các thiên hà này.
Tuy nhiên, J2345-0449 có vẻ yên bình và nó đã cố gắng giữ nguyên hình thái của mình, bao gồm các nhánh xoắn ốc, "thanh hạt nhân" sáng chói của các ngôi sao, và một vành đai sao — mặc dù sở hữu một trong những hố đen siêu lớn dữ dội nhất từng thấy trong một thiên hà xoắn ốc.
Như thể điều này chưa đủ kỳ lạ, thiên hà xa xôi này được bao quanh bởi một quầng khí khổng lồ. Ở nhiều thiên hà, vật chất này sẽ nguội đi và ngưng tụ để tạo ra các ngôi sao mới. Tuy nhiên, ở J2345-0449, hố đen trung tâm hoạt động như một lò nung vũ trụ, làm nóng quầng khí này, tạo ra bức xạ tia X và ngăn không cho nó tạo ra các ngôi sao mới.
Tia vũ trụ, tia gamma và tia X, tất cả đều liên quan đến các luồng tia khổng lồ phát ra từ hố đen ở trung tâm thiên hà này, đe dọa mọi sự sống có thể xuất hiện ở J2345-0449.
Sẽ thế nào nếu Sgr A* say sưa trên một ngôi sao?
Như đã đề cập ở trên, có một số điểm khác biệt lớn giữa J2345-0449 và Ngân Hà, bao gồm cả thực tế là thiên hà của chúng ta chỉ bằng một phần ba kích thước của người anh em họ xa xôi của nó. Các hố đen ở trung tâm của cả hai thiên hà cũng khác nhau, hoặc ít nhất là khác biệt như các hố đen siêu lớn.Trong khi lỗ đen siêu lớn trong J2345-0449 được ước tính có khối lượng từ 250 triệu đến 1,4 tỷ khối lượng mặt trời (có một sự không chắc chắn lớn vì J2345-0449 không có phần phình ở trung tâm, khiến khối lượng của lỗ đen này khó đo), Sgr A* nhỏ hơn nhiều với khối lượng khoảng 4,3 triệu mặt trời.
Hố đen J2345-0449 rất hỗn loạn vì nó tham lam ăn khí và bụi dồi dào xoáy xung quanh nó trong một đám mây phẳng gọi là đĩa bồi tụ. Vật chất mà hố đen không nuốt được sẽ được dẫn đến hai cực của gã khổng lồ vũ trụ này, từ đó nó bị thổi bay ra ngoài với tốc độ gần bằng ánh sáng dưới dạng hai luồng phản lực kép phi thường này.
Sgr A* hiện không có luồng phản lực mạnh như vậy (có tranh luận về việc liệu nó có luồng phản lực nào không) vì nó không ăn nhiều vật chất. Trên thực tế, nếu hố đen siêu lớn trung tâm của chúng ta là một con người, thì nó sẽ tự nuôi sống mình bằng một hạt gạo sau mỗi một triệu năm.
Tuy nhiên, tình hình này có thể thay đổi trong thời gian rất ngắn nếu Sgr A* tự tóm lấy một đám mây khí lớn hoặc một ngôi sao và bắt đầu nuốt chửng nó. Một hiện tượng như vậy được gọi là sự kiện gián đoạn thủy triều (TDE), và trong khi chúng ta đã thấy nhiều sự kiện như vậy ở các thiên hà khác, chúng ta chưa bao giờ thấy một sự kiện nào như vậy ở Sgr A*.
Nếu Sgr A* xé toạc một ngôi sao trong TDE, vật chất từ ngôi sao đó sẽ rơi xung quanh lỗ đen của chúng ta, tạo thành một đĩa bồi tụ. Và điều đó sẽ dẫn đến việc sản sinh ra các luồng tia vật lý thiên văn.
Tác động của các luồng tia như vậy sẽ phụ thuộc vào hướng của chúng, sức mạnh của chúng và lượng năng lượng mà chúng bơm ra.
Nếu một luồng tia từ Sgr A*, cách xa khoảng 27.000 năm ánh sáng, hướng thẳng vào hệ mặt trời, nó sẽ có khả năng tước đi bầu khí quyển của các hành tinh và làm hỏng DNA của sự sống ở đây trên Trái đất. Bức xạ liên quan đến các luồng tia này có thể làm tăng tỷ lệ đột biến.
Nếu Trái Đất bị một luồng tia như vậy tấn công trực tiếp, các hạt năng lượng cao bên trong Trái Đất có thể làm suy thoái tầng ôzôn của chúng ta và dẫn đến sự tuyệt chủng hàng loạt.
Kể cả khi luồng tia như vậy không hướng về Trái Đất, nó vẫn có thể gây ra những hậu quả thảm khốc cho Ngân Hà ở quy mô lớn hơn. Nếu một luồng tia lao vào môi trường liên sao, khí và bụi giữa các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, nó có thể làm nóng chúng và hạn chế sự hình thành sao, giống như những gì nó đã làm ở J2345-0449.
Điều này sẽ không phải là chưa từng có trong Ngân Hà, nơi mà các nhà khoa học tin rằng đã từng bị tàn phá bởi các luồng tia vô tuyến khổng lồ. Tuy nhiên, dự đoán liệu các tia như vậy có thể phun trào trở lại từ Sgr A* hay không và khi nào không dễ như việc phát hiện ra bằng chứng về hoạt động lịch sử của nó.
Có một câu đố khác xoay quanh J2345-0449 mà các nhà thiên văn học sẽ rất muốn điều tra.
Mối liên hệ với vật chất tối
Trong quá trình nghiên cứu J2345-0449, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng thiên hà này, lớn gấp ba lần Ngân Hà, dường như chứa lượng vật chất tối gấp mười lần so với thiên hà của chúng ta.Vật chất tối thực sự vô hình vì không giống như vật chất thông thường tạo nên các ngôi sao, hành tinh, mặt trăng, cơ thể chúng ta và mọi thứ chúng ta nhìn thấy xung quanh, nó không tương tác với ánh sáng.
Tuy nhiên, vật chất tối cótương tác với lực hấp dẫn và điều này rất quan trọng đối với J2345-0449. Thiên hà khổng lồ, xa xôi này quay rất nhanh đến nỗi cần một lượng lớn vật chất tối để duy trì cấu trúc của nó và ngăn không cho nó bay ra ngoài.
Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học vẽ ra mối liên hệ giữa hàm lượng vật chất tối của một thiên hà, cấu trúc của thiên hà đó và hoạt động của lỗ đen siêu lớn trung tâm của nó.
Nhóm nghiên cứu cho rằng việc thiết lập thêm mối liên hệ này có thể mở ra một ranh giới hoàn toàn mới cho nghiên cứu khoa học.
Câu chuyện liên quan:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Khám phá của Kính viễn vọng không gian James Webb này có thể khiến bạn phải kinh ngạc
— Vật lý kỳ lạ ở rìa lỗ đen có thể giúp giải quyết 'vấn đề Hubble' dai dẳng
— Lý thuyết mới cho thấy rằng sau cùng, lỗ đen có thể tuân theo các định luật vật lý
"Việc hiểu được những thiên hà hiếm này có thể cung cấp những manh mối quan trọng về các thế lực vô hình chi phối vũ trụ – bao gồm bản chất của vật chất tối, số phận lâu dài của các thiên hà và nguồn gốc của sự sống", thành viên nhóm nghiên cứu Shankar Ray, cũng đến từ Đại học CHRIST, Bangalore, cho biết. "Cuối cùng, nghiên cứu này đưa chúng ta tiến gần hơn một bước tới việc giải mã những bí ẩn của vũ trụ, nhắc nhở chúng ta rằng vũ trụ vẫn ẩn chứa những điều bất ngờ ngoài sức tưởng tượng của chúng ta."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ năm (ngày 20 tháng 3) trên Thông báo hàng tháng của Hội Thiên văn học Hoàng gia.
