Các nhà thiên văn học sử dụng Kính thiên văn Rất Lớn (Very Large Telescope/VLT) của ESO đã quan sát các vùng chứa khí lạnh xung quanh một số thiên hà có mặt sớm nhất trong vũ trụ. Những quầng khí này là thức ăn hoàn hảo cho các lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của các thiên hà, được quan sát khi chúng ở thời điểm hơn 12,5 tỷ năm trước. Kho dự trữ thức ăn này có thể giải thích cách mà những con quái vật vũ trụ phát triển nhanh chóng trong suốt một giai đoạn trong lịch sử vũ trụ được gọi là Bình minh của Vũ trụ.
“Lần đầu tiên chúng tôi có thể chứng minh rằng các thiên hà nguyên thủy có đủ thức ăn từ môi trường để duy trì sự phát triển của các lỗ đen siêu nặng và sự hình thành sao mạnh mẽ”, Emanuele Paolo Farina, thuộc Viện Thiên văn học Max Planck tại Heidelberg, Đức, người đứng đầu nghiên cứu được công bố trên Astrophysical Journal cho biết. “Điều này bổ sung một chi tiết cơ bản cho câu đố mà các nhà thiên văn học đang xây dựng để hình dung cách các cấu trúc của vũ trụ hình thành hơn 12 tỷ năm trước.”
Các nhà thiên văn học đã tự hỏi làm thế nào các lỗ đen siêu nặng có thể phát triển đến kích thước lớn từ rất sớm trong lịch sử của vũ trụ. “Sự hiện diện của những con quái vật đầu tiên này, với khối lượng gấp hàng tỷ lần Mặt Trời của chúng ta, là một bí ẩn lớn”, Farina, cũng thuộc Viện Vật lý thiên văn Max Planck ở Garched bei München cho biết. Điều đó có nghĩa là các lỗ đen đầu tiên, có thể hình thành từ sự sụp đổ của những ngôi sao đầu tiên, phải phát triển rất nhanh. Nhưng, cho đến nay, các nhà thiên văn học chưa phát hiện ra ‘thức ăn cho lỗ đen’ – là khí và bụi - với lượng đủ lớn để giải thích cho sự phát triển nhanh chóng này.
Hơn nữa, các quan sát trước đây thực hiện bởi ALMA(Tổ hợp kính Milimet / hạ milimet lớn Atacama) đã tiết lộ rằng rất nhiều bụi và khí trong các thiên hà ban đầu này thúc đẩy sự hình thành sao nhanh chóng. Những quan sát của ALMA gợi ý rằng có thể lượng khí và bụi còn lại rất ít để cung cấp cho một lỗ đen.
Để giải quyết bí ẩn này, Farina và các đồng nghiệp đã sử dụng thiết bị MUSE tại đài quan sát VLT của ESO đặt tại sa mạc Atacama, Chile để nghiên cứu các quasar - những vật thể cực kỳ sáng có năng lượng đến từ hoạt động của các lỗ đen siêu nặng nằm ở trung tâm các thiên hà khổng lồ. Nghiên cứu đã khảo sát 31 quasar, được quan sát khi chúng ở thời điểm 12,5 tỷ năm trước, vào thời điểm vũ trụ vẫn trong giai đoạn sơ sinh, chỉ khoảng 870 triệu năm tuổi. Đây là một trong những mẫu các quasar lớn nhất ở giai đoạn đầu trong lịch sử vũ trụ được khảo sát.
Các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng 12 quasar được bao quanh bởi các nguồn chứa khí khổng lồ: những quầng khí hydro lạnh, đặc mở rộng ra 100.000 năm ánh sáng từ các lỗ đen trung tâm và với khối lượng gấp hàng tỷ lần Mặt Trời. Nhóm nghiên cứu, từ các nước Đức, Mỹ, Italia và Chile, cũng phát hiện ra rằng các quầng khí này liên kết chặt chẽ với các thiên hà, cung cấp nguồn thức ăn hoàn hảo để duy trì sự phát triển của các lỗ đen siêu nặng và sự hình thành sao mạnh mẽ.
Hình ảnh mà bạn thấy ở đầu bài cho thấy một trong những quầng khí vừa được quan sát bằng thiết bị MUSE trên Kính thiên văn Rất Lớn của ESO được đặt chồng lên hình ảnh cũ của sự sáp nhập thiên hà thu được bằng ALMA. Quầng khí hydro được biểu thị bằng màu xanh lam, trong khi dữ liệu ALMA được hiển thị bằng màu cam.
Nghiên cứu có thể thực hiện được nhờ vào độ nhạy tuyệt vời của MUSE, thiết bị khảo sát quang phổ đa đơn vị trên VLT của ESO, mà Farina gọi là “a game changer” (yếu tố tạo nên thay đổi quan trọng) trong nghiên cứu về các quasar.
“Trong vài giờ quan sát đối với mỗi mục tiêu, chúng tôi đã có thể đi sâu vào môi trường xung quanh của các lỗ đen khổng lồ và phàm ăn nhất trong vũ trụ thuở sơ khai,” ông nói thêm. Trong khi các quasar rất sáng, các vùng chứa khí xung quanh chúng lại khó quan sát hơn nhiều. Nhưng MUSE có thể phát hiện ra ánh sáng mờ nhạt của khí hydro trong các quầng sáng, cuối cùng cũng cho phép các nhà thiên văn học tiết lộ quá trình cung cấp thức ăn cho các lỗ đen siêu nặng trong vũ trụ thời kỳ đầu.
Trong tương lai, Kính thiên văn Cực Lớn (Extremely Large Telescope/ELT) của ESO sẽ giúp các nhà khoa học tiết lộ nhiều chi tiết hơn về các thiên hà và lỗ đen siêu nặng trong vài tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ Big Bang. "Với sức mạnh của ELT, chúng ta sẽ có thể đào sâu hơn nữa vào vũ trụ sơ khai để tìm thấy nhiều tinh vân khí như vậy," Farina kết luận.
Gia Linh
Theo Sciencedaily
