Sử dụng kính viễn vọng không gian tia X Chandra của NASA, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng một cụm thiên hà được bao bọc trong một lớp vỏ hạt năng lượng rộng 20 triệu năm ánh sáng. Phát hiện này đặt ra câu hỏi về cách các hạt vũ trụ duy trì năng lượng trong một thời gian dài.
Là đám mây lớn nhất từng được nhìn thấy, lớp vỏ vũ trụ này bao quanh cụm thiên hà khổng lồ PLCK G287.0+32.9, nằm cách Trái đất 5 tỷ năm ánh sáng.
Các nhà nghiên cứu đằng sau phát hiện này đưa ra giả thuyết rằng, thay vì nhận năng lượng từ các thiên hà gần đó, đám mây hạt tích điện khổng lồ này được cung cấp năng lượng bởi các sóng xung kích mạnh mẽ và khủng khiếp, ngoài ra còn có sự nhiễu loạn lan truyền qua lớp khí nóng tồn tại giữa các thiên hà trong PLCK G287.0+32.9.
"Chúng ta đang bắt đầu nhìn thấy vũ trụ theo những cách mà trước đây chúng ta chưa từng thấy", trưởng nhóm nghiên cứu Kamlesh Rajpurohit, thuộc Trung tâm Vật lý thiên văn (CfA) tại Harvard & Smithsonian, cho biết trong một tuyên bố. "Và điều đó có nghĩa là phải suy nghĩ lại về cách năng lượng và vật chất di chuyển qua các cấu trúc lớn nhất của nó."
Điều này khiến PLCK G287.0+32.9 trở thành mục tiêu chính cho các nhà khoa học muốn tìm hiểu cách các cụm thiên hà hình thành.
Các cuộc điều tra trước đó về cụm thiên hà khổng lồ này đã phát hiện ra hai hiện vật sáng xung quanh PLCK G287.0+32.9 dường như là kết quả của sóng xung kích làm sáng khí ở rìa của cấu trúc khổng lồ này.
Tuy nhiên, các quan sát mới đã phát hiện ra điều chưa từng được xác định trước đây: Không chỉ có rìa của cụm thiên hà này phát sáng. Thay vào đó, toàn bộ cụm sao đều sáng, với ánh sáng sóng vô tuyến yếu ớt rộng gấp khoảng 189 lần Ngân Hà.
Ánh sáng vô tuyến này chỉ ra với nhóm nghiên cứu rằng có một hiện tượng mạnh hơn nhiều đang diễn ra trong PLCK G287.0+32.9 so với những gì trước đây người ta nghi ngờ.
"Chúng tôi mong đợi một cặp di vật sáng ở rìa cụm sao, chúng sẽ khớp với nhưng thay vào đó chúng tôi thấy toàn bộ cụm sao phát sáng trong ánh sáng vô tuyến", Rajpurohit cho biết. "Một đám mây hạt năng lượng lớn như vậy chưa từng được quan sát thấy trong cụm thiên hà này hay bất kỳ cụm nào khác."
Trước khi phát hiện ra lớp vỏ hạt này, đám mây lớn nhất như vậy mà các nhà thiên văn học biết đến là đám mây bao quanh Abell 2255, trải dài khoảng 16,3 triệu năm ánh sáng.
Thực tế là các quầng sáng rộng lớn như vậy thường không được nhìn thấy ở tần số vô tuyến này cho thấy với nhóm nghiên cứu về sự hiện diện của các electron tia vũ trụ và từ trường trải dài đến rìa của các cụm như thế này. Tuy nhiên, điều họ không biết là các electron này được tăng tốc như thế nào trên những khoảng cách cực lớn như vậy.
"Các quầng sáng vô tuyến rất mở rộng chủ yếu chỉ có thể nhìn thấy ở tần số thấp hơn vì các electron tạo ra chúng đã mất năng lượng — chúng đã cũ và nguội dần theo thời gian", Rajpurohit giải thích. "Với việc phát hiện ra quầng sáng có kích thước khổng lồ này, hiện chúng ta đang thấy sự phát xạ vô tuyến mở rộng hoàn toàn giữa các cú sốc khổng lồ và xa hơn nữa, lấp đầy toàn bộ cụm.
"Điều đó cho thấy có thứ gì đó đang tích cực tăng tốc hoặc tái tăng tốc các electron, nhưng không có nghi phạm thông thường nào phù hợp. Chúng tôi nghĩ rằng sóng xung kích hoặc nhiễu loạn khổng lồ có thể là nguyên nhân, nhưng chúng tôi cần nhiều mô hình lý thuyết hơn để tìm ra câu trả lời chắc chắn."
Câu chuyện liên quan:
— Đài quan sát tia X Chandra: Tiết lộ vũ trụ vô hình
— Năng lượng tối thậm chí còn kỳ lạ hơn chúng ta nghĩ, bản đồ 3D mới về vũ trụ cho thấy. 'Thật là thời điểm để sống!' (video)
— Các vụ nổ tia gamma tiết lộ cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ lớn hơn và gần Trái đất hơn chúng ta biết: 'Vẫn chưa có kết luận về ý nghĩa của tất cả những điều này.'
Ngoài việc cung cấp những bí ẩn mới để điều tra, việc phát hiện ra lớp vỏ hạt tích điện này có thể giúp các nhà thiên văn học nghiên cứu từ trường vũ trụ.
Điều này, đến lượt nó, có thể tiết lộ cách các trường này đã giúp định hình vũ trụ ở quy mô lớn nhất của nó, một trong những bí ẩn cấp bách nhất trong thiên văn học.
Nghiên cứu của nhóm đã được trình bày tại cuộc họp lần thứ 246 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ vào ngày 9 tháng 6 và được công bố trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
Là đám mây lớn nhất từng được nhìn thấy, lớp vỏ vũ trụ này bao quanh cụm thiên hà khổng lồ PLCK G287.0+32.9, nằm cách Trái đất 5 tỷ năm ánh sáng.
Các nhà nghiên cứu đằng sau phát hiện này đưa ra giả thuyết rằng, thay vì nhận năng lượng từ các thiên hà gần đó, đám mây hạt tích điện khổng lồ này được cung cấp năng lượng bởi các sóng xung kích mạnh mẽ và khủng khiếp, ngoài ra còn có sự nhiễu loạn lan truyền qua lớp khí nóng tồn tại giữa các thiên hà trong PLCK G287.0+32.9.
"Chúng ta đang bắt đầu nhìn thấy vũ trụ theo những cách mà trước đây chúng ta chưa từng thấy", trưởng nhóm nghiên cứu Kamlesh Rajpurohit, thuộc Trung tâm Vật lý thiên văn (CfA) tại Harvard & Smithsonian, cho biết trong một tuyên bố. "Và điều đó có nghĩa là phải suy nghĩ lại về cách năng lượng và vật chất di chuyển qua các cấu trúc lớn nhất của nó."
Tìm kiếm di tích vũ trụ
PLCK G287.0+32.9 lần đầu tiên được vệ tinh Planck của Châu Âu phát hiện vào năm 2011, ngay lập tức thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học với kích thước khổng lồ và thực tế là nó cực kỳ nóng.Điều này khiến PLCK G287.0+32.9 trở thành mục tiêu chính cho các nhà khoa học muốn tìm hiểu cách các cụm thiên hà hình thành.
Các cuộc điều tra trước đó về cụm thiên hà khổng lồ này đã phát hiện ra hai hiện vật sáng xung quanh PLCK G287.0+32.9 dường như là kết quả của sóng xung kích làm sáng khí ở rìa của cấu trúc khổng lồ này.
Tuy nhiên, các quan sát mới đã phát hiện ra điều chưa từng được xác định trước đây: Không chỉ có rìa của cụm thiên hà này phát sáng. Thay vào đó, toàn bộ cụm sao đều sáng, với ánh sáng sóng vô tuyến yếu ớt rộng gấp khoảng 189 lần Ngân Hà.
Ánh sáng vô tuyến này chỉ ra với nhóm nghiên cứu rằng có một hiện tượng mạnh hơn nhiều đang diễn ra trong PLCK G287.0+32.9 so với những gì trước đây người ta nghi ngờ.
"Chúng tôi mong đợi một cặp di vật sáng ở rìa cụm sao, chúng sẽ khớp với nhưng thay vào đó chúng tôi thấy toàn bộ cụm sao phát sáng trong ánh sáng vô tuyến", Rajpurohit cho biết. "Một đám mây hạt năng lượng lớn như vậy chưa từng được quan sát thấy trong cụm thiên hà này hay bất kỳ cụm nào khác."
Trước khi phát hiện ra lớp vỏ hạt này, đám mây lớn nhất như vậy mà các nhà thiên văn học biết đến là đám mây bao quanh Abell 2255, trải dài khoảng 16,3 triệu năm ánh sáng.
Trái tim của một vũ trụ bubble
Khi lặn sâu vào vùng trung tâm của cụm thiên hà PLCK G287.0+32.9, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một quầng sáng vô tuyến rộng 11,4 triệu năm ánh sáng. Tuy nhiên, kích thước của nó không phải là điều phi thường duy nhất về quầng sáng của ông; nó cũng là quầng sáng vô tuyến lớn đầu tiên được nhìn thấy ở tần số 2,4 gigahertz (GHz).Thực tế là các quầng sáng rộng lớn như vậy thường không được nhìn thấy ở tần số vô tuyến này cho thấy với nhóm nghiên cứu về sự hiện diện của các electron tia vũ trụ và từ trường trải dài đến rìa của các cụm như thế này. Tuy nhiên, điều họ không biết là các electron này được tăng tốc như thế nào trên những khoảng cách cực lớn như vậy.
"Các quầng sáng vô tuyến rất mở rộng chủ yếu chỉ có thể nhìn thấy ở tần số thấp hơn vì các electron tạo ra chúng đã mất năng lượng — chúng đã cũ và nguội dần theo thời gian", Rajpurohit giải thích. "Với việc phát hiện ra quầng sáng có kích thước khổng lồ này, hiện chúng ta đang thấy sự phát xạ vô tuyến mở rộng hoàn toàn giữa các cú sốc khổng lồ và xa hơn nữa, lấp đầy toàn bộ cụm.
"Điều đó cho thấy có thứ gì đó đang tích cực tăng tốc hoặc tái tăng tốc các electron, nhưng không có nghi phạm thông thường nào phù hợp. Chúng tôi nghĩ rằng sóng xung kích hoặc nhiễu loạn khổng lồ có thể là nguyên nhân, nhưng chúng tôi cần nhiều mô hình lý thuyết hơn để tìm ra câu trả lời chắc chắn."
Câu chuyện liên quan:
— Đài quan sát tia X Chandra: Tiết lộ vũ trụ vô hình
— Năng lượng tối thậm chí còn kỳ lạ hơn chúng ta nghĩ, bản đồ 3D mới về vũ trụ cho thấy. 'Thật là thời điểm để sống!' (video)
— Các vụ nổ tia gamma tiết lộ cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ lớn hơn và gần Trái đất hơn chúng ta biết: 'Vẫn chưa có kết luận về ý nghĩa của tất cả những điều này.'
Ngoài việc cung cấp những bí ẩn mới để điều tra, việc phát hiện ra lớp vỏ hạt tích điện này có thể giúp các nhà thiên văn học nghiên cứu từ trường vũ trụ.
Điều này, đến lượt nó, có thể tiết lộ cách các trường này đã giúp định hình vũ trụ ở quy mô lớn nhất của nó, một trong những bí ẩn cấp bách nhất trong thiên văn học.
Nghiên cứu của nhóm đã được trình bày tại cuộc họp lần thứ 246 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ vào ngày 9 tháng 6 và được công bố trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
