Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Stefanie Komossa thuộc Viện Thiên văn Vô tuyến Max Planck (MPIfR) ở Bonn dẫn đầu đã nghiên cứu một thiên hà đã phát sáng đặc biệt mạnh trong miền sóng vô tuyến suốt hơn tám năm. Mặc dù chỉ cách chúng ta 1,8 tỷ năm ánh sáng, lỗ đen ở trung tâm thiên hà này lại thể hiện những đặc điểm điển hình của các lỗ đen trong vũ trụ sơ khai. Các quan sát mới kết hợp với dữ liệu lưu trữ cho thấy trong nhiều năm qua, ngày càng có nhiều vật chất rơi vào lỗ đen, qua đó kích hoạt một tia phản lực gồm các hạt năng lượng cao. Phát hiện này giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về sự hình thành các tia phản lực cũng như quá trình phát triển của các lỗ đen trong vũ trụ sơ khai.
Các nguồn bức xạ vô tuyến tồn tại trong thời gian ngắn trên bầu trời, được gọi là các nguồn vô tuyến thoáng qua, có thể hình thành trong vùng lân cận các lỗ đen siêu nặng ở tâm các thiên hà. Chúng là kết quả của những quá trình diễn ra trong các điều kiện vật lý cực hạn. Trong khi phần lớn các nguồn vô tuyến thoáng qua liên quan đến tâm thiên hà chỉ tồn tại trong vài ngày hoặc vài tuần, thì thiên hà SDSS J110546.07+145202.4 đã phát sáng rất mạnh ở dải vô tuyến suốt nhiều năm - đây là nguồn đầu tiên thuộc loại này.
Nhóm nghiên cứu quốc tế do Stefanie Komossa dẫn đầu đã nghiên cứu thiên hà độc đáo này bằng các quan sát mới kết hợp với dữ liệu lưu trữ trải dài từ sóng vô tuyến năng lượng thấp đến tia X năng lượng cao. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên The Astrophysical Journal.
Phát sáng mạnh và kéo dài
Thiên hà xoắn SDSS J110546.07+145202.4 nằm cách Trái Đất khoảng 1,8 tỷ năm ánh sáng trong chòm sao Leo. Cường độ phát xạ vô tuyến của nó đã tăng hơn 20 lần trong một khoảng thời gian ngắn và hiện vẫn chưa có dấu hiệu suy yếu. Trong hơn tám năm, thiên hà này đã phát sáng đặc biệt mạnh ở dải bước sóng vô tuyến - với cường độ khoảng 10 triệu tỷ (10¹⁶) lần Mặt Trời của chúng ta.
"Chúng ta đang chứng kiến nguyên mẫu của một kiểu thiên hà mới trải qua những biến đổi nhanh chóng về phát xạ vô tuyến," đồng tác giả Phil Edwards thuộc CSIRO - cơ quan khoa học quốc gia của Australia - nhận xét.
Thiên hà SDSS J110546.07+145202.4 ở đủ gần Trái Đất để hình dạng với hai nhánh xoắn của nó có thể được quan sát rõ ràng trong các ảnh chụp. Bức ảnh là sự kết hợp giữa ánh sáng khả kiến và bức xạ cận hồng ngoại. Nguồn: DESI Legacy Survey
Nguồn phát xạ nằm gần lỗ đen ở trung tâm thiên hà. Lỗ đen này có khối lượng tương đối nhỏ, nhưng lại đang gia tăng khối lượng với tốc độ đặc biệt nhanh thông qua quá trình bồi tụ vật chất. "Bức xạ vô tuyến mạnh từ các lỗ đen khối lượng nhỏ đang phát triển nhanh vốn đã rất hiếm gặp. Việc chúng chuyển sang trạng thái phát sáng mạnh trong miền vô tuyến và kéo dài như vậy chưa từng được quan sát trước đây," tác giả chính Komossa cho biết. "Các quan sát tiếp theo bằng nhiều kính thiên văn, bao gồm kính thiên văn vô tuyến đường kính 100 mét tại Effelsberg, tổ hợp kính thiên văn Australia của CSIRO và các vệ tinh trong không gian, đã xác nhận những đặc tính độc đáo của nguồn phát này," đồng tác giả Alexander Kraus nói thêm.
Dựa trên bộ dữ liệu phong phú thu thập được, nhóm nghiên cứu cho rằng trong nhiều năm qua đã có nhiều vật chất hơn rơi vào lỗ đen, từ đó kích hoạt một tia phản lực - một chùm hạt tập trung chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng và phát ra bức xạ. Tuy nhiên, nguyên nhân chính xác khiến lượng vật chất rơi vào lỗ đen gia tăng, cũng như lý do đợt bùng phát này kéo dài lâu như vậy, vẫn chưa được xác định một cách chắc chắn.
Một phòng thí nghiệm rất gần cho vũ trụ sơ khai
Khối lượng thấp và tốc độ phát triển nhanh chính là những đặc điểm mà các nhà thiên văn học kỳ vọng ở các lỗ đen trung tâm trong những thiên hà thuộc vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, không giống các nguồn ở khoảng cách rất xa đó, SDSS J110546.07+145202.4 lại nằm trong vùng lân cận của chúng ta trong vũ trụ. Điều này cho phép thực hiện các quan sát chi tiết, qua đó mang lại những hiểu biết sâu sắc về các quá trình vật lý liên quan đến sự tiến hóa của lỗ đen và sự hình thành các tia phản lực.
"Những hiện tượng năng lượng cao như vậy có thể mang lại cho các nhà thiên văn học rất nhiều thông tin quý giá. Thông qua việc quan sát các tia phản lực và những đợt bùng phát này, chúng ta có thể nghiên cứu các quá trình vật lý diễn ra trong một số môi trường khắc nghiệt nhất của vũ trụ," đồng tác giả Kovi Rose thuộc Viện Thiên văn Sydney của Đại học Sydney cho biết.
Trong tương lai, các thiết bị có độ phân giải cao như Hệ thống kính thiên văn vô tuyến đường cơ sở rất dài (Very Long Baseline Array - VLBA) sẽ cho phép lập bản đồ cấu trúc của tia phản lực cũng như theo dõi sự tiến hóa của phát xạ vô tuyến trong những năm tới. "Với các cơ sở quan sát có độ nhạy cao như hệ thống kính thiên văn SKA sắp đi vào hoạt động, chúng ta sẽ có thể phát hiện thêm nhiều nguồn vô tuyến thoáng qua tương tự trong các chương trình khảo sát bầu trời tương lai. Điều này có ý nghĩa then chốt trong việc lấp đầy những khoảng trống trong hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai," Komossa giải thích.
Tuấn Phong
Theo Phys.org
