Làm sao để làm mát một con phượng hoàng? Tôi không có ý nói đến loài chim lửa và tái sinh trong thần thoại, mà là một loài chim cùng tên trong vũ trụ với bản chất bốc lửa phù hợp.
Sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), các nhà thiên văn học cuối cùng có thể có câu trả lời. Họ đã sử dụng thiết bị mạnh mẽ này để nghiên cứu quá trình làm mát cực độ của khí trong cụm Phoenix, một nhóm thiên hà được liên kết bởi lực hấp dẫn nằm cách Trái đất khoảng 5,8 tỷ năm ánh sáng.
Các ngôi sao chỉ có thể hình thành khi khí đủ lạnh để kết tụ lại thành các mảng quá dày đặc, đó là lý do tại sao các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến cách cụm Phoenix hình thành các ngôi sao. Thật vậy, phần này của vũ trụ hình thành các ngôi sao với tốc độ đáng kinh ngạc.
Tốc độ đáng kinh ngạc đó vẫn tồn tại mặc dù thực tế là ở trung tâm của cụm Phoenix là một lỗ đen siêu lớn có khối lượng gấp 10 tỷ lần mặt trời. Hố đen quái vật này hoạt động như một máy gia tốc hạt tự nhiên đẩy khí ra xa và giữ cho khí nóng — theo lý thuyết, điều này sẽ hạn chế sự hình thành sao.
Mâu thuẫn có vẻ này đã khiến cụm sao Phoenix trở thành một đối tượng bí ẩn.
Tuy nhiên, cuộc điều tra JWST mới cuối cùng có thể chấm dứt sự nhầm lẫn này, dựa trên một thập kỷ nghiên cứu trước đó được thực hiện bằng Kính viễn vọng không gian Hubble, Đài quan sát tia X Chandra và rất nhiều đài quan sát trên mặt đất.
"Chúng ta có thể so sánh các nghiên cứu trước đây của mình về cụm sao Phoenix, phát hiện ra tốc độ làm mát khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, với một sườn dốc trượt tuyết", Michael McDonald thuộc Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge và là nhà nghiên cứu chính của chương trình, trong một tuyên bố. "Cụm thiên hà Phoenix có kho chứa khí nóng, làm mát lớn nhất trong bất kỳ cụm thiên hà nào — tương tự như việc có một chiếc ghế nâng đông đúc nhất, đưa nhiều người trượt tuyết nhất lên đỉnh núi. Tuy nhiên, không phải tất cả những người trượt tuyết đó đều xuống núi, nghĩa là không phải tất cả khí đều nguội đến nhiệt độ thấp.
"Nếu bạn có một sườn dốc trượt tuyết mà có nhiều người xuống khỏi thang máy trượt tuyết ở đỉnh hơn là xuống chân núi, thì đó sẽ là một vấn đề!"
Nhóm này cho rằng JWST cuối cùng đã xác định được vị trí của những "người trượt tuyết mất tích" bị mắc kẹt giữa chừng "núi" nhiệt độ của Cụm thiên hà Phoenix.
Điều này giúp các nhà nghiên cứu xác định được khí làm mát "mất tích" góp phần vào quá trình hình thành sao. Họ cũng phát hiện ra rằng loại khí này, với nhiệt độ khoảng 540.000 độ F (300.000 độ C), nằm trong các khoang rỗng của Cụm Phoenix.
Các khoang rỗng này theo dõi cả loại khí cực nóng, với nhiệt độ 18 triệu độ F (10 triệu độ C), và loại khí nguội, có nhiệt độ 18.000 độ F (10.000 độ C).
"Các nghiên cứu trước đây chỉ đo khí ở các đầu cực lạnh và cực nóng của phân bố nhiệt độ trên khắp trung tâm của cụm sao," McDonald cho biết. "Chúng tôi bị hạn chế — không thể phát hiện ra khí 'ấm' mà chúng tôi đang tìm kiếm. Với JWST, chúng tôi có thể làm được điều này lần đầu tiên."
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra một trong những siêu tân tinh 'thực sự khổng lồ' sớm nhất từng được nhìn thấy
— Dữ liệu 3 năm của Kính viễn vọng không gian James Webb về thế giới ngoài hành tinh hiện đã có trực tuyến
— Kính viễn vọng không gian James Webb 'đã đạt đến giới hạn' để nhìn thấy những thiên hà xa nhất từ trước đến nay
Độ nhạy của MIRI được tăng cường trong cuộc điều tra này từ một hiện tượng tự nhiên trong Cụm sao Phoenix, trong đó các nguyên tử neon và oxy bị ion hóa hoặc bị tước electron trong các môi trường tương tự.
Mặc dù oxy bị ion hóa sáng hơn nhiều, nhưng nó chỉ có thể nhìn thấy được ở bước sóng cực tím. Neon, mặc dù mờ hơn, phát ra ánh sáng hồng ngoại, mà JWST được chế tạo để nhìn thấy.
"Ở bước sóng hồng ngoại trung bình được JWST phát hiện, chữ ký neon VI thực sự bùng nổ", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts Michael Reefe cho biết trong tuyên bố. "Mặc dù phát xạ này thường khó phát hiện hơn, nhưng độ nhạy của JWST trong hồng ngoại trung bình có thể loại bỏ mọi nhiễu."
Mặc dù Cụm Phoenix là một tập hợp thiên hà độc đáo xét về nhiều đặc điểm, nhưng nhóm nghiên cứu hiện đặt mục tiêu sử dụng kỹ thuật "bằng chứng khái niệm" này và độ nhạy của MIRI để nghiên cứu các cụm thiên hà khác.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 5 tháng 2 trên tạp chí Thiên nhiên.
Sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), các nhà thiên văn học cuối cùng có thể có câu trả lời. Họ đã sử dụng thiết bị mạnh mẽ này để nghiên cứu quá trình làm mát cực độ của khí trong cụm Phoenix, một nhóm thiên hà được liên kết bởi lực hấp dẫn nằm cách Trái đất khoảng 5,8 tỷ năm ánh sáng.
Các ngôi sao chỉ có thể hình thành khi khí đủ lạnh để kết tụ lại thành các mảng quá dày đặc, đó là lý do tại sao các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến cách cụm Phoenix hình thành các ngôi sao. Thật vậy, phần này của vũ trụ hình thành các ngôi sao với tốc độ đáng kinh ngạc.
Tốc độ đáng kinh ngạc đó vẫn tồn tại mặc dù thực tế là ở trung tâm của cụm Phoenix là một lỗ đen siêu lớn có khối lượng gấp 10 tỷ lần mặt trời. Hố đen quái vật này hoạt động như một máy gia tốc hạt tự nhiên đẩy khí ra xa và giữ cho khí nóng — theo lý thuyết, điều này sẽ hạn chế sự hình thành sao.
Mâu thuẫn có vẻ này đã khiến cụm sao Phoenix trở thành một đối tượng bí ẩn.
Tuy nhiên, cuộc điều tra JWST mới cuối cùng có thể chấm dứt sự nhầm lẫn này, dựa trên một thập kỷ nghiên cứu trước đó được thực hiện bằng Kính viễn vọng không gian Hubble, Đài quan sát tia X Chandra và rất nhiều đài quan sát trên mặt đất.
"Chúng ta có thể so sánh các nghiên cứu trước đây của mình về cụm sao Phoenix, phát hiện ra tốc độ làm mát khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, với một sườn dốc trượt tuyết", Michael McDonald thuộc Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge và là nhà nghiên cứu chính của chương trình, trong một tuyên bố. "Cụm thiên hà Phoenix có kho chứa khí nóng, làm mát lớn nhất trong bất kỳ cụm thiên hà nào — tương tự như việc có một chiếc ghế nâng đông đúc nhất, đưa nhiều người trượt tuyết nhất lên đỉnh núi. Tuy nhiên, không phải tất cả những người trượt tuyết đó đều xuống núi, nghĩa là không phải tất cả khí đều nguội đến nhiệt độ thấp.
"Nếu bạn có một sườn dốc trượt tuyết mà có nhiều người xuống khỏi thang máy trượt tuyết ở đỉnh hơn là xuống chân núi, thì đó sẽ là một vấn đề!"
Nhóm này cho rằng JWST cuối cùng đã xác định được vị trí của những "người trượt tuyết mất tích" bị mắc kẹt giữa chừng "núi" nhiệt độ của Cụm thiên hà Phoenix.
Những 'người trượt tuyết mất tích' trên sườn dốc Cụm thiên hà Phoenix
Sử dụng Công cụ hồng ngoại giữa (MIRI) của JWST, nhóm đã thu thập dữ liệu quang phổ 2D từ vùng bầu trời chứa Cụm thiên hà Phoenix, qua đó nghiên cứu lõi của nhóm thiên hà này theo cách chưa từng có chi tiết.Điều này giúp các nhà nghiên cứu xác định được khí làm mát "mất tích" góp phần vào quá trình hình thành sao. Họ cũng phát hiện ra rằng loại khí này, với nhiệt độ khoảng 540.000 độ F (300.000 độ C), nằm trong các khoang rỗng của Cụm Phoenix.
Các khoang rỗng này theo dõi cả loại khí cực nóng, với nhiệt độ 18 triệu độ F (10 triệu độ C), và loại khí nguội, có nhiệt độ 18.000 độ F (10.000 độ C).
"Các nghiên cứu trước đây chỉ đo khí ở các đầu cực lạnh và cực nóng của phân bố nhiệt độ trên khắp trung tâm của cụm sao," McDonald cho biết. "Chúng tôi bị hạn chế — không thể phát hiện ra khí 'ấm' mà chúng tôi đang tìm kiếm. Với JWST, chúng tôi có thể làm được điều này lần đầu tiên."
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra một trong những siêu tân tinh 'thực sự khổng lồ' sớm nhất từng được nhìn thấy
— Dữ liệu 3 năm của Kính viễn vọng không gian James Webb về thế giới ngoài hành tinh hiện đã có trực tuyến
— Kính viễn vọng không gian James Webb 'đã đạt đến giới hạn' để nhìn thấy những thiên hà xa nhất từ trước đến nay
Độ nhạy của MIRI được tăng cường trong cuộc điều tra này từ một hiện tượng tự nhiên trong Cụm sao Phoenix, trong đó các nguyên tử neon và oxy bị ion hóa hoặc bị tước electron trong các môi trường tương tự.
Mặc dù oxy bị ion hóa sáng hơn nhiều, nhưng nó chỉ có thể nhìn thấy được ở bước sóng cực tím. Neon, mặc dù mờ hơn, phát ra ánh sáng hồng ngoại, mà JWST được chế tạo để nhìn thấy.
"Ở bước sóng hồng ngoại trung bình được JWST phát hiện, chữ ký neon VI thực sự bùng nổ", trưởng nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts Michael Reefe cho biết trong tuyên bố. "Mặc dù phát xạ này thường khó phát hiện hơn, nhưng độ nhạy của JWST trong hồng ngoại trung bình có thể loại bỏ mọi nhiễu."
Mặc dù Cụm Phoenix là một tập hợp thiên hà độc đáo xét về nhiều đặc điểm, nhưng nhóm nghiên cứu hiện đặt mục tiêu sử dụng kỹ thuật "bằng chứng khái niệm" này và độ nhạy của MIRI để nghiên cứu các cụm thiên hà khác.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 5 tháng 2 trên tạp chí Thiên nhiên.
