Các nhà thiên văn học đã khám phá ra quasar xa nhất từng được biết tới. Nó nằm cách xa tới mức ánh sáng cần mất 13 tỷ năm để đi từ đó tới với chúng ta. Chúng ta nhìn thấy hình ảnh của quasar này khi nó ở thời điểm chỉ khoảng 690 triệu năm sau Big Bang. Ánh sáng của nó mang lại những thông tin có giá trị về lịch sử sớm của vũ trụ, đặc biệt là giai đoạn tái ion hóa.
Ở trung tâm của quasar là một lỗ đen siêu nặng với khối lượng gần 1 tỷ lần Mặt Trời. Ngoài ra, thiên hà có chứa nó còn có một lượng lớn khí và bụi, thách thức các mô hình về tiến hóa thiên hà hiện nay. Kết quả này đã được công bố mới đây trên các tạp chí Nature và Astrophysical Journal Letters.
Khám phá này là một phần kết quả của quá trình tìm kiếm liên tục trong nhiều năm với mục tiêu tìm ra các quasar ở ngày càng xa. Fabian Walter và Bram Venemans ở Viện thiên văn học Max Planck (MPIA) là những người đứng đầu chương trình này. Người phát hiện ra quasar này là Eduardo Banados ở Viện khoa học Carnegie, với việc sử dụng cặp kính thiên văn Magellan (mỗi kính có đường kính 6,5 mét) của cơ quan này đặt tại Chile.
Quasar là những nguồn phát ra bức xạ cực mạnh nhờ lỗ đen siêu nặng ở trung tâm các thiên hà. Vật chất (đa số là khí) rơi vào lỗ đen sẽ tạo thành một đĩa bồi tụ bao quanh nó trước khi rơi dần vào bên trong, hệ thống lỗ đen và đĩa bùi tụ đó chính là một trong những loại vật thể sáng nhất trong vũ trụ: quasar. Quasar mới được phát hiện trong nghiên cứu này phát sáng mạnh gấp 40 nghìn tỷ lần Mặt Trời.
Các quasar xa xôi là những nguồn thông tin quý giá về vũ trụ sớm. Chúng có thể được sử dựng như một máy quét tia X vào vũ trụ ở khoảng cách lớn. Ánh sáng từ quasar có thể được phân tích để có thêm thông tin về các nguyên tử hydro mà nó đã gặp trên hành trình hàng tỷ năm ánh sáng của nó. Ánh sáng từ quasar vừa được phát hiện mang lại cho các nhà khoa học thông tin về một trong những giai đoạn sớm nhất của vũ trụ, được gọi là giai đoạn tái ion hóa.
Khoảng 380.000 năm sau Big Bang, vũ trụ đã nguội đi đủ để các nguyên tử hydro hình thành. Khoảng vài trăm triệu năm sau đó, bức xạ tử ngoại năng lượng cao của những ngôi sao đầu tiên và các đĩa bồi tụ quanh những lỗ đen đầu tiên bắt đầu tái ion hóa hầu như toàn bộ hydro trong vũ trụ, tách các electron khỏi hạt nhân của hydro (proton). Thời điểm và chi tiết của quá trình tái ion hóa này tới này vẫn còn là một câu hỏi mở.
Eduardo Banados - tác giả chính của bài báo mô tả nghiên cứu - nói: "Tái ion hóa là giai đoạn chuyển tiếp lớn cuối cùng của vũ trụ, và nó hiện đang lại một trong những biên giới của vật lý thiên văn."
Quasar mới được phát hiện mang tới một điểm quan trọng: Ánh sáng của nó cho thấy một phần hydro vẫn còn trung hòa ở thời điểm 690 triệu năm sau Big Bang. Việc này ủng hộ những mô hình dự đoán rằng tái ion hóa xảy ra khá muộn trong lịch sử vũ trụ.
Những quasar trẻ như thế này cũng mang tới thông tin quan trọng về tiến hóa của thiên hà. Chẳng hạn, với khối lượng gần 1 tỷ lần Mặt Trời, lỗ đen trung tâm của quasar thuộc loại khá lớn. Việc giải thích xem làm cách nào một lỗ đen lớn như vậy có thể kịp hình thành trong một khoảng thời gian rất ngắn là một thách thức đối với các mô hình về sự tạo thành các lỗ đen siêu nặng, đồng thời cũng loại trừ một số mô hình không phù hợp.
Banados nói: "Thu được khối lượng này trong vòng dưới 690 triệu năm là một thách thức khổng lồ đối với các lý thuyết về sự phát triển của lỗ đen siêu nặng."
Trong một nỗ lực do Bram Venemans đứng đầu, các nhà thiên văn học đã quan sát quasar bằng kính thiên văn NOEMA (một tổ hợp kính thu bước sóng milimet thuộc Viện thiên văn vô tuyến milimet (IRAM) đặt ở dãy Alps, Pháp) và tổ hợp kính vô tuyến VLA ở Socorro, New Mexico. Với những quan sát này, họ đã có thể xác định và kiểm tra thiên hà chủ của quasar.
Mặc dù thiên hà này có tuổi dưới 690 triệu năm, nó đã được hình thành một lượng bụi khổng lồ, và cả các nguyên tố nặng. Điều này có nghĩa là đã phải có rất nhiều sao được tạo thành. Việc đó lại một lần nữa thách thức các mô hình, lần này là mô hình về tiến hóa thiên hà.
Venemans cho biết: "Các mô hình tiến hóa thiên hà sẽ cần giải thích được cách mà thiên hà tạo được đủ sao cần cho việc tạo ra nhiều bụi và nguyên tố nặng như vậy chỉ trong thời gian tương đối ngắn."
Quasar vừa phát hiện này đã mang tới cho các nhà thiên văn học thông tin mấu chốt về lịch sử của vũ trụ, gồm cả quá trình tái ion hóa, tiến hóa của lỗ đen và tiến hóa của thiên hà. Những quan sát tiếp theo, trong đó có việc tìm kiếm những quasar tương tự, đang được chuẩn bị để có thể hoàn thiện hơn bức tranh của chúng ta về lịch sử sớm của vũ trụ.
Bryan
Theo Space Daily
