Khối nước lớn nhất, lâu đời nhất trong vũ trụ

Đám mây hơi nước - gấp 140 nghìn tỷ lần nước so với các đại dương Trái đất - cách xa hơn 12 tỷ năm ánh sáng và bao quanh lỗ đen của quasar.

Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã phát hiện ra khối nước lớn nhất, lâu đời nhất từng được phát hiện trong vũ trụ. Đám mây hơi nước mới được phát hiện, tương đương 140 nghìn tỷ lần nước trong các đại dương Trái đất, cách Trái đất hơn 12 tỷ năm ánh sáng và bao quanh lỗ đen khổng lồ của một quasar.

Khái niệm nghệ sĩ này minh họa một chuẩn tinh hoặc cho ăn lỗ đen, tương tự như APM 08279 + 5255. Khí và bụi có thể tạo thành một hình xuyến xung quanh lỗ đen trung tâm, với các đám mây khí tích điện ở trên và dưới. Tia X phát ra từ khu vực rất trung tâm, trong khi bức xạ hồng ngoại nhiệt được phát ra từ bụi trên hầu hết các hình xuyến. Trong khi hình này cho thấy cạnh hình xuyến quasar, thì hình xuyến xung quanh APM 08279 + 5255 có thể được đặt trực diện theo quan điểm của chúng tôi. Tín dụng hình ảnh: NASA / ESA

Nhà thiên văn học của Đại học Maryland, ông Alberto Bolatto, người đồng tác giả một bài báo mới về phát hiện này, cho biết:

Bởi vì ánh sáng mà chúng ta đang nhìn thấy đã rời khỏi chuẩn tinh này hơn 12 tỷ năm trước, chúng ta đang thấy nước chỉ tồn tại khoảng 1,6 tỷ năm sau khi bắt đầu Vũ trụ. Phát hiện này đẩy phát hiện nước gần 1 tỷ năm gần Big Bang hơn bất kỳ phát hiện nào trước đó.

Một bài viết chi tiết khám phá đã được chấp nhận để xuất bản trong Tạp chí Vật lý thiên văn. Trong bài báo, Matt Bradford, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA, cho biết:

Nó đã chứng minh một minh chứng khác rằng nước có sức lan tỏa khắp vũ trụ, ngay cả trong thời gian sớm nhất.

Chuẩn tinh là những vật thể phát sáng nhất, mạnh nhất và mạnh nhất trong vũ trụ. Chúng được cung cấp bởi các lỗ đen khổng lồ hút khí và bụi xung quanh và phun ra một lượng năng lượng khổng lồ. Bradford, Bolatto và các đồng nghiệp đã nghiên cứu một chuẩn tinh đặc biệt gọi là APM 08279 + 5255, nơi chứa một lỗ đen lớn gấp 20 tỷ lần so với mặt trời và tạo ra năng lượng nhiều như một nghìn tỷ mặt trời.

Một lỗ đen đang phát triển, được gọi là chuẩn tinh, có thể nhìn thấy ở trung tâm của một thiên hà xa xôi trong khái niệm nghệ sĩ này. Tín dụng hình ảnh: NASA / JPL-Caltech

Các nhà khoa học nghĩ rằng hơi nước đã có mặt ngay cả trong vũ trụ sơ khai, vì vậy việc phát hiện ra nước không phải là một điều ngạc nhiên. Dải Ngân hà của chúng ta có hơi nước. Tuy nhiên, do phần lớn nước Milky Way ở dạng băng, lượng hơi nước trong thiên hà của chúng ta ít hơn 4.000 lần so với đám mây nước mới được phát hiện xung quanh quasar APM 08279 + 5255.

Hơi nước này là một loại khí vi lượng quan trọng tiết lộ nhiều về bản chất của chuẩn tinh này. Hơi nước được phân phối xung quanh lỗ đen khổng lồ trong một vùng khí kéo dài hàng trăm năm ánh sáng có kích thước (một năm ánh sáng là khoảng sáu nghìn tỉ dặm). Khí ấm áp và đậm đặc khác thường, nhưng chỉ theo tiêu chuẩn thiên văn. Nhiệt độ của nó là âm 63 độ F (53 độ C) và đám mây nước khổng lồ có mật độ thấp hơn 300 nghìn tỷ lần so với bầu khí quyển Trái đất - vẫn nóng hơn năm lần và dày hơn 10 đến 100 lần so với những gì điển hình trong các thiên hà như Dải Ngân hà.

Các phép đo của hơi nước và các phân tử khác, chẳng hạn như carbon monoxide, cho thấy có đủ khí để nuôi lỗ đen cho đến khi nó phát triển đến khoảng sáu lần kích thước của nó. Cho dù điều này sẽ xảy ra không rõ ràng, các nhà thiên văn học cho biết, vì một số khí cuối cùng có thể ngưng tụ thành các ngôi sao hoặc có thể bị đẩy ra khỏi chuẩn tinh.

Cũng giống như cách các bác sĩ sử dụng các xét nghiệm khác nhau để chẩn đoán, các nhà thiên văn học đã sử dụng hai dụng cụ khác nhau, Z Z Spec Spec và CARMA, để xác định sự hiện diện của nước lâu đời nhất (và xa nhất) được phát hiện.

Đầu tiên, họ lần đầu tiên sử dụng thiết bị của Z Z-Spec (một kính viễn vọng 10 mét gần đỉnh Mauna Kea ở Hawaii) tại Đài quan sát Máy nghiền CalTech để phát hiện chữ ký quang phổ cho hơi nước. Thiết bị này đo ánh sáng trong một vùng của phổ điện từ
gọi là dải milimet, nằm giữa bước sóng hồng ngoại và vi sóng.

Để xác nhận rằng thứ mà họ tìm thấy thực sự là nước, các nhà thiên văn học đã sử dụng Mảng kết hợp cho nghiên cứu trong Thiên văn học sóng milimet (CARMA). CARMA là một mảng liên kết gồm 15 món ăn bằng kính viễn vọng vô tuyến nằm trên sa mạc khô ráo, mát mẻ ở phía đông dãy núi California Inyo.

Mảng kính thiên văn CARMA ở dãy núi Inyo của California. Tín dụng hình ảnh: Palmtree3000

Điểm mấu chốt: Các nhà nghiên cứu Alberto Bolatto, Matt Bradford và một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã phát hiện ra khối nước lớn nhất, lâu đời nhất từng được phát hiện trong vũ trụ, bao quanh lỗ đen của quasar APM 08279 + 5255. Nhóm nghiên cứu đã xác nhận việc tìm kiếm kính viễn vọng Z-spec với CARMA. Một bài viết chi tiết nghiên cứu đã được chấp nhận để xuất bản trong Tạp chí Vật lý thiên văn.