Kính thiên văn không gian James Webb đã phát hiện lỗ đen không hoạt động xa nhất từng biết trong vũ trụ, ẩn mình trong một thiên hà cách Trái Đất hơn 10 tỷ năm ánh sáng.
Lỗ đen mới được phân tích này, nằm trong một thiên hà có tên MRG-M0138, đã phá vỡ kỷ lục khoảng cách trước đó đối với loại thiên thể này với khoảng cách gấp 15 lần, theo một nghiên cứu được công bố hôm thứ Năm (ngày 4 tháng 6) trên tạp chí Science.
Việc nghiên cứu những lỗ đen như thế này, được hình thành từ rất sớm trong lịch sử 13,8 tỷ năm của vũ trụ, sẽ mang đến cho các nhà nghiên cứu một cái nhìn chưa từng có về cách các lỗ đen tiến hóa khi vũ trụ còn trẻ. Chẳng hạn, bên trong MRG-M0138, các nhà khoa học nghi ngờ rằng từng tồn tại một quasar (một lỗ đen siêu nặng và cực kỳ sáng) phát triển rất nhanh, cuối cùng đã đẩy ra ngoài một lượng lớn khí trong thiên hà vốn cần thiết cho việc hình thành các ngôi sao mới. Quá trình này nhanh chóng chấm dứt hoạt động tạo sao trong thiên hà, khiến lỗ đen mất đi nguồn nhiên liệu của nó và có lẽ giải thích vì sao khu vực này ngày nay lại yên ắng đến vậy.
Khi các ngôi sao ngừng hình thành
Các nhà khoa học rất quan tâm đến việc quá trình hình thành sao chấm dứt nhanh đến mức nào trong những thiên hà cổ xưa như thiên hà này. May mắn thay, MRG-M0138 chỉ là một phần của bộ dữ liệu lớn hơn về các thiên hà trong vũ trụ sơ khai được thu thập từ các quan sát của Kính thiên văn không gian James Webb (JWST); nhóm nghiên cứu cũng đã khảo sát thêm bốn thiên hà xa xôi khác được thấu kính hấp dẫn khuếch đại bằng kính thiên văn này trong năm vừa qua, và việc phân tích vẫn đang tiếp tục.
“Mặc dù các sao trong MRG-M0138 rất cổ xưa, hoạt động tạo sao trong các thiên hà khác mà chúng tôi vừa quan sát bằng JWST lại chấm dứt muộn hơn nhiều,” tác giả chính Andrew Newman, nhà khoa học thuộc Carnegie Science ở California, cho biết trong một email gửi tới Live Science.
“Chúng giống như những đốm than hồng mà chúng ta có thể nghiên cứu để tìm hiểu điều gì đã dập tắt ngọn lửa,” Newman nói tiếp, đồng thời đề cập đến một hướng nghiên cứu trong tương lai. “Cụ thể, chúng tôi đang tìm kiếm các dấu hiệu của khí đã bị thổi ra khỏi thiên hà bởi một lỗ đen hoạt động mạnh hơn lỗ đen trong MRG-M0138.”
Hình ảnh này từ JWST cho thấy thiên hà MRG-M0138 nhờ hiệu ứng thấu kính hấp dẫn thông qua một cụm thiên hà ở phía trước (các nguồn sáng trắng).
(Nguồn: NASA/JWST)
Ngoài việc nghiên cứu trình tự tạo sao trong MRG-M0138, các nhà nghiên cứu còn xác định được khối lượng của lỗ đen tại đây - vào khoảng 6 tỷ lần khối lượng của Mặt Trời.
Việc thực hiện phép đo này không hề dễ dàng; bởi lỗ đen trong MRG-M0138 đang ở trạng thái không hoạt động và không tương tác với bất kỳ lượng khí nào xung quanh, nên nó vô hình ở mọi bước sóng ánh sáng. Việc “cân” quái vật vũ trụ này đòi hỏi phải áp dụng lại một kỹ thuật sử dụng chuyển động của các ngôi sao, vốn thường chỉ được sử dụng đối với những thiên hà ở gần Trái Đất hơn nhiều. Để theo dõi chuyển động của các ngôi sao có quỹ đạo quanh lỗ đen, nhóm nghiên cứu đã dựa vào một chiếc kính lúp tự nhiên mang tên thấu kính hấp dẫn.
Các nhà nghiên cứu đã tận dụng một thiên hà khác nằm giữa MRG-M0138 và Trái Đất, có trường hấp dẫn mạnh đến mức bẻ cong ánh sáng của các vật thể phía sau nó, qua đó khuếch đại hình ảnh của các nhóm sao. Thấu kính này khiến hình ảnh của MRG-M0138 lớn hơn khoảng 30 lần so với mức thông thường có thể quan sát được, cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi các ngôi sao đang chuyển động quanh lỗ đen. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã phân tích chuyển động của các ngôi sao để xác định tốc độ của chúng, cũng như những khác biệt về chuyển động giữa các sao ở gần hoặc xa lỗ đen hơn, nhằm suy ra khối lượng của lỗ đen.
“Bằng cách chứng minh tính khả thi của một kỹ thuật như vậy đối với các thiên hà trong vũ trụ sơ khai, giờ đây chúng ta có thể tiến hành một cuộc khảo sát đầy đủ hơn về cách các lỗ đen phát triển theo thời gian, đồng thời suy ra vai trò của chúng trong việc định hình sự tiến hóa của các thiên hà,” tác giả cao cấp Richard Ellis, giáo sư vật lý thiên văn tại University College London, cho biết.
Tuy nhiên, sẽ cần đến các kỹ thuật khác để xây dựng cuộc khảo sát đó về các lỗ đen, bởi JWST được thiết kế để quan sát cực kỳ chi tiết một vùng trời tương đối nhỏ. Để thúc đẩy nghiên cứu tiến xa hơn, nhóm nghiên cứu đang kỳ vọng vào các quan sát những thiên hà được thấu kính hấp dẫn khuếch đại từ kính thiên văn không gian góc rộng Euclid - cũng như từ Kính thiên văn Không gian Nancy Grace Roman sắp được phóng lên, vốn cũng được tối ưu hóa để quan sát những vùng trời rộng lớn.
“Chúng tôi muốn tìm thêm nhiều thiên hà như thế này: những nơi mà hoạt động tạo sao đã chấm dứt trong vũ trụ sơ khai và được khuếch đại bởi một thấu kính hấp dẫn,” Newman nói với Live Science. “Chúng tôi cần các hình ảnh hồng ngoại có độ nhạy cao trên những vùng trời rộng lớn để tìm ra những thiên thể hiếm gặp này, và thật may mắn là kính thiên văn Euclid đang cung cấp chính xác loại dữ liệu đó, còn Kính thiên văn Không gian Roman, dự kiến được phóng vào cuối năm nay, cũng sẽ sớm mang lại những dữ liệu tương tự.”
Bryan
Theo Livescience
