Điều gì khiến một lỗ đen quái vật ở trái tim thiên hà bật lên và bắt đầu tỏa ra mạnh mẽ? Các nhà thiên văn học châu Âu đề xuất một lý do bên cạnh các vụ va chạm thiên hà.
Trong một thông báo bất ngờ vào đầu ngày hôm nay (13/7), Đài thiên văn Nam châu Âu cho biết, các hố đen quái vật - những người khổng lồ hàng triệu hoặc hàng tỷ khối lượng mặt trời, được cho là ẩn nấp trong trái tim của hầu hết các thiên hà - có cơ chế hoạt động khác với va chạm thiên hà.
Trước đó, các vụ va chạm thiên hà được cho là khiến các lỗ đen siêu lớn bắt đầu hút khí, bụi và sao xung quanh - gây ra các vụ nổ dữ dội tại lõi thiên hà - đánh dấu sự chuyển đổi từ một thiên hà yên tĩnh, như Dải Ngân hà của chúng ta, sang một thiên hà hoạt động. Đây là những gì ESO đã nói.
Một nghiên cứu mới kết hợp dữ liệu từ Kính thiên văn rất lớn ESO từ và Đài quan sát không gian tia X ESA Newton XMM-Newton đã gây bất ngờ. Hầu hết các lỗ đen khổng lồ ở trung tâm các thiên hà trong 11 tỷ năm qua không được bật lên bởi sự hợp nhất giữa các thiên hà, như đã nghĩ trước đây.
Kết luận này là kết quả của một nghiên cứu mới về hơn 600 thiên hà đang hoạt động trên một bầu trời gọi là trường COSMOS. Nghiên cứu chuyên sâu về khu vực này cho thấy khả năng các lõi của các thiên hà và các lỗ đen ẩn giấu của chúng trở nên hoạt động do các quá trình - chẳng hạn như sự mất ổn định của đĩa và các vì sao - trong chính các thiên hà. Kết quả nghiên cứu xuất hiện trong số tháng 7 năm 2011 của Tạp chí Vật lý thiên văn.
Thiên hà NGC 4945 là một ví dụ về thiên hà có hạt nhân hoạt động. Tín dụng hình ảnh: ESO / IDA et al
NGC 5256, còn được gọi là Markarian 266, là một ví dụ nổi bật về hai thiên hà đĩa sắp hợp nhất, mỗi thiên hà có một hạt nhân thiên hà hoạt động. Một nghiên cứu mới cho thấy các hạt nhân hoạt động được kích hoạt không phải bởi sự hợp nhất mà bởi các quá trình trong mỗi thiên hà. Tín dụng hình ảnh: NASA / ESA et al
Trường COSMOS là một khu vực gấp khoảng mười lần so với trăng tròn, trong chòm sao Sextans. Đây là một trong những phần được nghiên cứu nhiều nhất trên bầu trời với kính viễn vọng trên mặt đất và trong không gian. Tín dụng hình ảnh: ESO, IAU, Bầu trời và Kính viễn vọng
Trong nhiều thiên hà, bao gồm cả Dải Ngân hà của chúng ta, lỗ đen trung tâm yên tĩnh. Nhưng trong một số thiên hà, đặc biệt là sớm trong lịch sử vũ trụ, nơi các thiên hà được kết hợp chặt chẽ với nhau, lỗ đen trung tâm được cho là ăn vào vật chất phát ra bức xạ cực mạnh khi rơi vào lỗ đen.
Quá trình kích hoạt một lỗ đen đang ngủ - biến thiên hà của nó từ yên tĩnh thành hoạt động - đã là một bí ẩn trong thiên văn học. Điều gì kích hoạt các vụ nổ dữ dội tại một trung tâm thiên hà, sau đó trở thành một hạt nhân thiên hà hoạt động? Cho đến nay, nhiều nhà thiên văn học nghĩ rằng hầu hết các hạt nhân hoạt động này đã được bật khi hai thiên hà hợp nhất hoặc khi chúng gần nhau và vật liệu bị phá vỡ trở thành nhiên liệu cho lỗ đen trung tâm. Kết quả của nghiên cứu mới cho thấy ý tưởng này có thể sai đối với nhiều thiên hà đang hoạt động.
Hình ảnh trường rộng ánh sáng nhìn thấy được của trường COSMOS, được đánh dấu bằng hình vuông màu xanh. Tín dụng hình ảnh: ESO và Khảo sát bầu trời số hóa 2, Davide De Martin
Một số thiên hà hoạt động với các lỗ đen siêu lớn tại trung tâm của chúng - được sử dụng trong nghiên cứu mới - được đánh dấu bằng các chữ thập đỏ trên hình ảnh này của trường COSMOS. Tín dụng hình ảnh: CFHT / IAP / Terapix / CNRS / ESO
Để xem xét kỹ hơn về các thiên hà đang hoạt động, các nhà thiên văn học tập trung vào một mảng bầu trời gọi là trường COSMOS - một khu vực gấp mười lần trăng tròn, trong chòm sao Sextans (The Sextant). Các nhà thiên văn học đã sử dụng vô số kính viễn vọng để ánh xạ nó ở các bước sóng khác nhau để một loạt các nghiên cứu và điều tra có thể được hưởng lợi từ sự giàu có của dữ liệu này.
Sự hiện diện của các hạt nhân thiên hà hoạt động được tiết lộ bởi các tia X phát ra từ xung quanh lỗ đen. Marcella Brusa, một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết:
Phải mất hơn năm năm, nhưng chúng tôi đã có thể cung cấp một trong những kho lớn nhất và đầy đủ nhất về các thiên hà hoạt động trên bầu trời tia X.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các hạt nhân hoạt động chủ yếu nằm trong các thiên hà khổng lồ với rất nhiều vật chất tối. Đây là một điều ngạc nhiên và không phù hợp với dự đoán từ lý thuyết - nếu hầu hết các hạt nhân hoạt động là hậu quả của sự hợp nhất và va chạm giữa các thiên hà, thì chúng nên được tìm thấy trong các thiên hà với khối lượng vừa phải (khoảng một nghìn tỷ lần khối lượng mặt trời). Nhưng nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng hầu hết các hạt nhân hoạt động cư trú trong các thiên hà có khối lượng lớn hơn khoảng 20 lần so với những gì lý thuyết sáp nhập dự đoán.
Công trình được công bố năm ngoái từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA đã chỉ ra rằng không có mối liên hệ chặt chẽ nào giữa các hạt nhân hoạt động trong các thiên hà và các vụ sáp nhập trong một mẫu các thiên hà tương đối gần nhau. Nghiên cứu đó đã nhìn lại khoảng tám tỷ năm trước, nhưng công trình mới đẩy kết luận này thêm ba tỷ năm nữa đến thời điểm các thiên hà được đóng gói thậm chí gần nhau hơn.
Viola Allevato, tác giả chính của bài báo, cho biết:
Những kết quả mới này cho chúng ta một cái nhìn sâu sắc mới về cách các hố đen siêu lớn bắt đầu bữa ăn của chúng. Chúng chỉ ra rằng các lỗ đen thường được nuôi dưỡng bởi các quá trình trong chính thiên hà, chẳng hạn như sự mất ổn định của đĩa và các vì sao, trái ngược với các va chạm của thiên hà.
Alexis Finoguenov, người giám sát công việc, kết luận:
Ngay cả trong quá khứ xa xôi, cách đây gần 11 tỷ năm, các vụ va chạm thiên hà chỉ có thể chiếm một tỷ lệ nhỏ trong các thiên hà hoạt động có độ sáng vừa phải. Vào thời điểm đó, các thiên hà gần nhau hơn nên việc sáp nhập được dự kiến sẽ thường xuyên hơn so với trước đây, vì vậy kết quả mới là điều đáng ngạc nhiên hơn.
Một số lượng lớn các thiên hà rất mờ có thể nhìn thấy trong hình ảnh sâu sắc này của trường COSMOS. Tín dụng hình ảnh: CFHT / IAP / Terapix / CNRS / ESO
Điểm mấu chốt: Ngay cả trong vũ trụ sơ khai, khi các thiên hà chật cứng gần nhau, các vụ va chạm có thể không chịu trách nhiệm bật các lỗ đen siêu lớn và do đó tạo ra các hạt nhân thiên hà hoạt động, theo một nghiên cứu của các nhà thiên văn học Đài thiên văn Nam Âu, người đã quan sát kỹ hơn 600 các thiên hà hoạt động trong một mảng trời gọi là trường COSMOS. Kết quả nghiên cứu của họ xuất hiện trong số tháng 7 năm 2011 Tạp chí Vật lý thiên văn.