Bằng chứng cho thấy các lỗ đen siêu khối lượng kiểm soát sự hình thành của các vì sao

Các nhà khoa học vào cuối năm ngoái thông báo rằng những cơn gió mạnh phát ra từ các hố đen siêu khối lượng (1) chính là nguyên nhân hình thành nên toàn bộ các thiên hà.

Theo Sciencealert, một nghiên cứu mới đã tìm ra được bằng chứng đầu tiên cho thấy các hố đen siêu khối lượng thực sự kiểm soát quá trình huyền bí của sự hình thành các vì sao trong các thiên hà của chúng. Nghiên cứu này đã được đăng trên tạp chí Narute.

Ở trung tâm của hầu hết các thiên hà là một hố đen siêu khối lượng, lớn hơn một triệu lần so với mặt trời, nhưng chúng ta không thực sự biết nhiều về chúng. Chúng ta cũng không hiểu tại sao những thiên hà trẻ lại được lấp đầy bởi những ngôi sao hình thành một cách nhanh chóng, và điều gì làm cho quá trình này dừng lại khi mà thiên hà tiến hóa.

Các nhà khoa học đã nghi ngờ trong nhiều thập kỷ rằng năng lượng rải ra từ các hố đen siêu khối lượng bằng cách nào đó “chấm dứt” quá trình này, nhưng giờ đây các nhà nghiên cứu thuộc Đại học California, Santa Cruz đã tìm ra bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho thấy đây thực sự là điều đang xảy ra.

Nhóm nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng khối lượng của hố đen quyết định việc hình thành các vì sao trong thiên hà sẽ kết thúc trong bao lâu. Nói cách khác, các hố đen siêu khối lượng không chỉ hình thành những thiên hà, chúng đang kiểm soát toàn bộ những ngôi sao mà chúng có.

Jean Brodie, giáo sư thiên văn học và vật lý thiên thể tại Đại học California, Santa Cruz, đồng tác giả của báo cáo nói: “Đây là bằng chứng quan sát trực tiếp đầu tiên cho thấy chúng ta có thể thấy ảnh hưởng của lỗ đen đối với quá trình hình thành các vì sao trong thiên hà.

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra điều này bằng cách nghiên cứu các thiên hà, nơi mà khối lượng của các lỗ đen trung tâm đã được đo bằng các nghiên cứu trước đó, dựa trên hoạt động của các vật thể xung quanh chúng trong không gian.

Nhóm nghiên cứu sau đó đã phân tích phổ của các thiên hà này để tính toán xem có bao nhiêu ánh sáng đến từ chúng. Họ xác định lịch sử các vì sao của chúng dù chúng còn hoạt động hay không hay chúng đã ngừng hoạt động bao lâu.

Khi họ so sánh khi các thiên hà đã ngừng quá trình hình thành sao với khối lượng của lỗ đen của chúng, họ đã tìm thấy những khác biệt nổi bật.

Những sự khác biệt này không thể giải thích được bằng bất kỳ tính chất nào khác của thiên hà – kích thước, hình dạng, hoặc nội động học.

Martín-Navarro cho biết: “Đối với các thiên hà có cùng khối lượng sao nhưng khối lượng lỗ đen khác nhau ở trung tâm, những thiên hà có lỗ đen lớn hơn đã chấm dứt sớm hơn và nhanh hơn những thiên hà có lỗ đen nhỏ hơn. Do đó quá trình hình thành các vì sao tồn tại lâu hơn trong những thiên hà mà có các lỗ đen nhỏ hơn trung tâm”.

Điều đó có nghĩa là khối lượng của một hố đen ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành sao ngừng xảy ra nhanh hay chậm trong một thiên hà. Nhưng vẫn còn rất nhiều vấn đề cần phải tìm hiểu. Cơ chế liên kết khối lượng của hố đen với sự dừng hoạt động của thiên hà vẫn là một câu hỏi chưa có lời đáp.

Có ý tưởng cho rằng nó liên quan đến “nhân thiên hà hoạt động” (2) có thể hình thành xung quanh một hố đen. Nhân thiên hà hoạt động là những mảnh vỡ xung quanh một hố đen phát ra lượng năng lượng đáng kinh ngạc như hố đen thiêu đốt vật chất. Mạnh nhất trong số này là các chuẩn tinh (quasars) (3).

Một báo cáo được công bố vào tháng 12 cho thấy, phù hợp với các mô hình tiến hóa thiên hà, những cơn gió từ chuẩn tinh (phản hồi từ nhân thiên hà hoạt động) thổi vào và hình thành khí phân tử, từ đó mà các vì sao được hình thành.

Người ta nghĩ rằng gió này cuối cùng sẽ “tắt” hoặc chấm dứt sự hình thành sao bằng cách xua tan khí đó đi.

Nhưng đây vẫn chỉ là một giả thuyết. Đồng tác giả của nghiên cứu mới này, ông Aaron Romanowsky cho biết: “Có nhiều cách khác nhau mà một hố đen có thể đưa năng lượng vào thiên hà, và các nhà lý luận có tất cả các ý tưởng về việc quá trình chấm dứt xảy ra như thế nào, nhưng có nhiều việc phải làm để khiến những quan sát mới này có thể phù hợp với các mô hình.”

Ghi chú:

(1) Lỗ đen siêu khối lượng là lỗ đen có khối lượng khoảng 105 đến 1,8.1010 khối lượng Mặt Trời. Phần lớn các thiên hà, kể cả Ngân Hà, có chứa trong vùng nhân của mình một lỗ đen siêu khối lượng.

(2) Nhân thiên hà hoạt động (tiếng Anh: Active galactic nucleus, viết tắt: AGN) là vùng nhân đặc của một thiên hà, do quá trình bồi đắp của hố đen siêu nặng tại nhân gây nên. Nhân AGN đặc này bị bao bọc bởi chất khí và bụi, chuyển động xoáy quanh khi rơi vào lỗ đen, gây nên lực ma sát. Nó tạo ra bức xạ vô cùng lớn làm AGN trở thành nguồn phát bức xạ mạnh nhất trong vũ trụ với độ sáng tương đương với bức xạ của hàng tỉ ngôi sao phát ra từ một vùng chỉ bằng hệ Mặt Trời.

(3) Quasar, (viết tắt của tên tiếng Anh: quasi-stellar object, có nghĩa là vật thể giống sao, trong tiếng Việt, quasar còn được gọi là chuẩn tinh) là thiên thể cực xa và cực sáng, với dịch chuyển đỏ rất lớn đặc trưng. Trong phần ánh sáng biểu kiến, quasar trông giống một ngôi sao bình thường, tức nguồn phát sáng điểm. Thực tế, đó là ánh sáng phát ra từ các quầng (halo) vật chất đặc, nằm quanh vùng nhân của các thiên hà hoạt động (thiên hà trẻ), thường là các hố đen siêu lớn.

Nhật Quang