Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra "cơn lốc xoáy không gian" hoành hành qua trung tâm của Ngân Hà gần hố đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta, Sagittarius A* (Sgr A*). Khám phá này đã cung cấp cho nhóm nghiên cứu cái nhìn toàn diện hơn về chu kỳ sáng tạo và hủy diệt tại trung tâm thiên hà của chúng ta.
Các nhà nghiên cứu đã thực hiện khám phá này bằng cách sử dụng một mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến ở Chile có tên là Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), giúp chúng ta có cái nhìn sắc nét hơn về chuyển động trong vùng Ngân Hà có tên là vùng phân tử trung tâm (CMZ) gấp 100 lần.
"Nghiên cứu của chúng tôi góp phần tạo nên bức tranh toàn cảnh hấp dẫn về Trung tâm Ngân Hà bằng cách khám phá ra những sợi mỏng này như một phần quan trọng của quá trình lưu thông vật chất", thành viên nhóm nghiên cứu Xing Lu thuộc Đài quan sát thiên văn Thượng Hải nói trong một tuyên bố.. "Chúng ta có thể hình dung chúng như những cơn lốc xoáy không gian: chúng là những luồng khí dữ dội, chúng tan biến trong thời gian ngắn và chúng phân phối vật liệu vào môi trường một cách hiệu quả."
Từ lâu, người ta đã hiểu rằng CMZ là nơi chứa những đám mây bụi và phân tử đang khuấy động liên tục trải qua chu kỳ tạo ra và hủy diệt. Tuy nhiên, cơ chế thúc đẩy quá trình này vẫn còn là một ẩn số.
"Khi chúng tôi kiểm tra hình ảnh ALMA cho thấy các luồng chảy ra, chúng tôi nhận thấy những sợi dài và hẹp này lệch về mặt không gian so với bất kỳ vùng hình thành sao nào", trưởng nhóm nghiên cứu Kai Yang, thuộc Đại học Giao thông Thượng Hải, cho biết trong cùng một tuyên bố. "Không giống như bất kỳ vật thể nào mà chúng tôi biết, những sợi này thực sự khiến chúng tôi ngạc nhiên. Kể từ đó, chúng tôi đã suy ngẫm về bản chất của chúng".
Liên quan: Sự thật về Sagittarius A*, hố đen siêu lớn của Ngân Hà
Điều này tiết lộ chi tiết về loại cấu trúc dạng sợi dài và hẹp mới được nhìn thấy trong các vạch quang phổ của silicon monoxide và tám phân tử khác trong CMZ. Những chi tiết này được nhìn thấy ở quy mô nhỏ với độ phân giải khoảng 0,033 năm ánh sáng (0,01 parsec). Thật ấn tượng, khi xét đến việc Trái Đất cách CMZ khoảng 27.800 năm ánh sáng.
Các cấu trúc tinh tế nổi bật so với các sợi khí vật chất đặc hơn khác trong CMZ, vì chúng dường như không có vận tốc phù hợp với dòng chảy ra của vật chất và chúng dường như không liên quan đến sự phát thải bụi trong CMZ.
Hơn nữa, các cấu trúc mới được phát hiện dường như không ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh, nghĩa là lực hấp dẫn hướng vào tác động lên chúng không cân bằng với áp suất hướng ra của khí và bụi của chính các sợi khí đó.
Liên quan: Thiên hà Ngân Hà: Mọi thứ bạn cần biết về khu vực lân cận vũ trụ của chúng ta
Các nhà thiên văn học hiện không biết chắc chắn những sợi bụi và khí mỏng này xuất hiện như thế nào, nhưng ALMA đã tìm thấy những manh mối khiến họ nghi ngờ mạnh mẽ rằng quá trình này liên quan đến vật chất bị "sốc" — tác động bởi sóng xung kích.
Những manh mối này bao gồm sự thay đổi mức năng lượng của các phân tử silicon monoxide do sự quay, được gọi là "chuyển tiếp quay", dẫn đến sự phát xạ có tên là SiO 5-4. Một manh mối khác là sự phong phú của các phân tử hữu cơ trong khu vực này được ALMA nhìn thấy.
Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng các cú sốc ban đầu tạo ra các sợi mỏng này trong quá trình này, giải phóng silicon monoxide và các phân tử hữu cơ như methanol, methyl cyanide và cyanoacetylene vào môi trường giữa các vì sao. Các sợi này sau đó tiêu tan, làm mới vật liệu được giải phóng do cú sốc trong CMZ.
Các phân tử sau đó đóng băng, tạo thành các hạt bụi và do đó thiết lập sự cân bằng giữa sự cạn kiệt và sự bổ sung.
"Độ phân giải góc cao và độ nhạy đặc biệt của ALMA rất cần thiết để phát hiện các phát xạ vạch phân tử liên quan đến các sợi mỏng và xác nhận rằng không có mối liên hệ nào giữa các cấu trúc này và phát xạ bụi", thành viên nhóm nghiên cứu Yichen Zhang đến từ Đại học Giao thông Thượng Hải cho biết. "Khám phá của chúng tôi đánh dấu một bước tiến đáng kể khi phát hiện ra những sợi này ở thang đo 0,01 parsec nhỏ hơn nhiều để đánh dấu bề mặt làm việc của những cú sốc này."
Những câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen siêu lớn của thiên hà Milky Way của chúng ta đang thổi bong bóng (hình ảnh, video)
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen có thể phá hủy quá trình hình thành sao
— Các lỗ đen siêu lớn đã bẻ cong các định luật vật lý để phát triển đến kích thước khổng lồ
Nếu những sợi nhỏ này có nhiều trong CMZ, giống như trong vùng mẫu mà ALMA tìm thấy chúng, điều này có nghĩa là có sự cân bằng trong chu kỳ hủy diệt và tạo ra các phân tử ở trung tâm của Ngân Hà.
“Silic monoxide hiện là phân tử duy nhất có thể theo dõi các cú sốc và quá trình chuyển đổi quay SiO 5-4 chỉ có thể phát hiện được ở các vùng bị sốc có mật độ và nhiệt độ tương đối cao”, Yang cho biết. "Điều này làm cho nó trở thành một công cụ đặc biệt có giá trị để theo dõi các quá trình gây sốc trong các vùng dày đặc của CMZ."
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng các quan sát ALMA trong tương lai có thể bao gồm nhiều hơn là chỉ quá trình chuyển đổi SiO 5-4 của silicon monoxide trong các quan sát trải dài trên một vùng rộng hơn của CMZ.
Việc liên kết các quan sát này với các mô phỏng có thể xác nhận nguồn gốc của các sợi mỏng, do đó xác định tốt hơn các quá trình tuần hoàn trong vùng lõi đặc biệt của Ngân Hà.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào tháng 2 trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
Các nhà nghiên cứu đã thực hiện khám phá này bằng cách sử dụng một mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến ở Chile có tên là Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), giúp chúng ta có cái nhìn sắc nét hơn về chuyển động trong vùng Ngân Hà có tên là vùng phân tử trung tâm (CMZ) gấp 100 lần.
"Nghiên cứu của chúng tôi góp phần tạo nên bức tranh toàn cảnh hấp dẫn về Trung tâm Ngân Hà bằng cách khám phá ra những sợi mỏng này như một phần quan trọng của quá trình lưu thông vật chất", thành viên nhóm nghiên cứu Xing Lu thuộc Đài quan sát thiên văn Thượng Hải nói trong một tuyên bố.. "Chúng ta có thể hình dung chúng như những cơn lốc xoáy không gian: chúng là những luồng khí dữ dội, chúng tan biến trong thời gian ngắn và chúng phân phối vật liệu vào môi trường một cách hiệu quả."
Từ lâu, người ta đã hiểu rằng CMZ là nơi chứa những đám mây bụi và phân tử đang khuấy động liên tục trải qua chu kỳ tạo ra và hủy diệt. Tuy nhiên, cơ chế thúc đẩy quá trình này vẫn còn là một ẩn số.
"Khi chúng tôi kiểm tra hình ảnh ALMA cho thấy các luồng chảy ra, chúng tôi nhận thấy những sợi dài và hẹp này lệch về mặt không gian so với bất kỳ vùng hình thành sao nào", trưởng nhóm nghiên cứu Kai Yang, thuộc Đại học Giao thông Thượng Hải, cho biết trong cùng một tuyên bố. "Không giống như bất kỳ vật thể nào mà chúng tôi biết, những sợi này thực sự khiến chúng tôi ngạc nhiên. Kể từ đó, chúng tôi đã suy ngẫm về bản chất của chúng".
Liên quan: Sự thật về Sagittarius A*, hố đen siêu lớn của Ngân Hà
Những sợi bí ẩn bao quanh trung tâm thiên hà của chúng ta
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng ALMA để theo dõi các phân tử, sử dụng chúng làm "chất đánh dấu" cho nhiều quá trình khác nhau diễn ra trong các đám mây phân tử của CMZ. Đặc biệt, silicon monoxide tỏ ra hữu ích trong việc theo dõi sóng xung kích gợn sóng năng lượng.Điều này tiết lộ chi tiết về loại cấu trúc dạng sợi dài và hẹp mới được nhìn thấy trong các vạch quang phổ của silicon monoxide và tám phân tử khác trong CMZ. Những chi tiết này được nhìn thấy ở quy mô nhỏ với độ phân giải khoảng 0,033 năm ánh sáng (0,01 parsec). Thật ấn tượng, khi xét đến việc Trái Đất cách CMZ khoảng 27.800 năm ánh sáng.
Các cấu trúc tinh tế nổi bật so với các sợi khí vật chất đặc hơn khác trong CMZ, vì chúng dường như không có vận tốc phù hợp với dòng chảy ra của vật chất và chúng dường như không liên quan đến sự phát thải bụi trong CMZ.
Hơn nữa, các cấu trúc mới được phát hiện dường như không ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh, nghĩa là lực hấp dẫn hướng vào tác động lên chúng không cân bằng với áp suất hướng ra của khí và bụi của chính các sợi khí đó.
Liên quan: Thiên hà Ngân Hà: Mọi thứ bạn cần biết về khu vực lân cận vũ trụ của chúng ta
Các nhà thiên văn học hiện không biết chắc chắn những sợi bụi và khí mỏng này xuất hiện như thế nào, nhưng ALMA đã tìm thấy những manh mối khiến họ nghi ngờ mạnh mẽ rằng quá trình này liên quan đến vật chất bị "sốc" — tác động bởi sóng xung kích.
Những manh mối này bao gồm sự thay đổi mức năng lượng của các phân tử silicon monoxide do sự quay, được gọi là "chuyển tiếp quay", dẫn đến sự phát xạ có tên là SiO 5-4. Một manh mối khác là sự phong phú của các phân tử hữu cơ trong khu vực này được ALMA nhìn thấy.
Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng các cú sốc ban đầu tạo ra các sợi mỏng này trong quá trình này, giải phóng silicon monoxide và các phân tử hữu cơ như methanol, methyl cyanide và cyanoacetylene vào môi trường giữa các vì sao. Các sợi này sau đó tiêu tan, làm mới vật liệu được giải phóng do cú sốc trong CMZ.
Các phân tử sau đó đóng băng, tạo thành các hạt bụi và do đó thiết lập sự cân bằng giữa sự cạn kiệt và sự bổ sung.
"Độ phân giải góc cao và độ nhạy đặc biệt của ALMA rất cần thiết để phát hiện các phát xạ vạch phân tử liên quan đến các sợi mỏng và xác nhận rằng không có mối liên hệ nào giữa các cấu trúc này và phát xạ bụi", thành viên nhóm nghiên cứu Yichen Zhang đến từ Đại học Giao thông Thượng Hải cho biết. "Khám phá của chúng tôi đánh dấu một bước tiến đáng kể khi phát hiện ra những sợi này ở thang đo 0,01 parsec nhỏ hơn nhiều để đánh dấu bề mặt làm việc của những cú sốc này."
Những câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen siêu lớn của thiên hà Milky Way của chúng ta đang thổi bong bóng (hình ảnh, video)
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen có thể phá hủy quá trình hình thành sao
— Các lỗ đen siêu lớn đã bẻ cong các định luật vật lý để phát triển đến kích thước khổng lồ
Nếu những sợi nhỏ này có nhiều trong CMZ, giống như trong vùng mẫu mà ALMA tìm thấy chúng, điều này có nghĩa là có sự cân bằng trong chu kỳ hủy diệt và tạo ra các phân tử ở trung tâm của Ngân Hà.
“Silic monoxide hiện là phân tử duy nhất có thể theo dõi các cú sốc và quá trình chuyển đổi quay SiO 5-4 chỉ có thể phát hiện được ở các vùng bị sốc có mật độ và nhiệt độ tương đối cao”, Yang cho biết. "Điều này làm cho nó trở thành một công cụ đặc biệt có giá trị để theo dõi các quá trình gây sốc trong các vùng dày đặc của CMZ."
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng các quan sát ALMA trong tương lai có thể bao gồm nhiều hơn là chỉ quá trình chuyển đổi SiO 5-4 của silicon monoxide trong các quan sát trải dài trên một vùng rộng hơn của CMZ.
Việc liên kết các quan sát này với các mô phỏng có thể xác nhận nguồn gốc của các sợi mỏng, do đó xác định tốt hơn các quá trình tuần hoàn trong vùng lõi đặc biệt của Ngân Hà.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào tháng 2 trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
