Phát hiện bí ẩn về hố đen tại trung tâm các thiên hà

Lần đầu tiên một nghiên cứu do Trung Quốc dẫn đầu đã chỉ ra bằng chứng trực tiếp về ảnh hưởng to lớn của một hố đen siêu lớn với sự sống và cái chết của thiên hà nơi nó cư trú.

Bằng cách kiểm tra 69 thiên hà gần đó, các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc và Pháp phát hiện ra rằng lỗ đen ở trung tâm của một thiên hà có thể làm ấm khí lạnh xung quanh, ngăn không cho nó ngưng tụ và hình thành các ngôi sao mới.

“Khí lạnh là nguyên liệu thô thiết yếu để hình thành sao. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy lỗ đen càng lớn thì khí lạnh trong thiên hà càng ít”, Wang Tao, nhà nghiên cứu chính từ Đại học Nam Kinh (Trung Quốc), cho biết.

Nghiên cứu này có thể giải thích lý do tại sao một số thiên hà tiếp tục phát triển trong một thời gian dài khi những thiên hà khác lại thụ động và không hoạt động, các nhà nghiên cứu báo cáo trên tạp chí Nature.

David Elbaz, đồng tác giả nghiên cứu từ Đại học Paris-Saclay (Pháp), đã so sánh hiện tượng này với việc đặt một chiếc cốc úp ngược lên trên ngọn nến.

“Sau vài giây, ngọn nến tắt do thiếu không khí. Tương tự như vậy, lỗ đen ngăn không cho thiên hà tiếp tục chiếu sáng những ngôi sao mới”, David Elbaz nói.

Các thiên hà là những khối xây dựng cơ bản của vũ trụ. Mỗi thiên hà thường chứa hàng triệu đến hàng nghìn tỉ ngôi sao, cùng với khí giữa các vì sao, bụi và một lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm của nó.

Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng khối lượng của lỗ đen siêu lớn có liên quan chặt chẽ đến khối lượng những ngôi sao trong một thiên hà nhất định, David Elbaz nói với tờ SCMP.

“Lỗ đen có khối lượng bằng khoảng 1/1.000 khối lượng tất cả ngôi sao trong vùng trung tâm của thiên hà – khu vực mà quá trình hình thành sao đã ngừng từ lâu”, Wang Tao cho hay.

Nhóm nhà nghiên cứu từ Trung Quốc và Pháp phát hiện ra rằng lỗ đen ở trung tâm thiên hà có thể làm nóng khí lạnh xung quanh và ngăn chặn nó hình thành các ngôi sao mới – Ảnh: Shutterstock Images

Những nhà thiên văn học gợi ý rằng lỗ đen bằng cách nào đó có thể ngăn cản việc hình thành các ngôi sao mới, nhưng đến nay vẫn chưa có bằng chứng trực tiếp nào hỗ trợ cho lý thuyết này.

Nghiên cứu mới tập trung vào một loại khí cụ thể gọi là hydro nguyên tử, thành phần chính của môi trường giữa các vì sao và là thành phần quan trọng trong quá trình hình thành sao.

Bằng cách phân tích 69 thiên hà trong vũ trụ gần chúng ta, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lượng hydro nguyên tử trong một thiên hà có mối tương quan mạnh với khối lượng lỗ đen ở trung tâm thiên hà, thay vì với các yếu tố khác như tổng số lượng sao hoặc kích thước vùng trung tâm thiên hà.

“Sau khi loại trừ ảnh hưởng của khối lượng lỗ đen, mối tương quan giữa hàm lượng khí lạnh và các thông số khác trở nên rất yếu. Điều này càng chỉ ra rằng khối lượng lỗ đen là thông số vật lý quan trọng nhất quyết định lượng khí lạnh trong một thiên hà”, Wang Tao nói với tờ China Science Daily.

Theo David Elbaz, có hai cách giải thích khả thi cho phát hiện như vậy. Đầu tiên, lỗ đen có thể đẩy khí ra khỏi thiên hà nhưng kịch bản này gặp phải một vấn đề. “Chúng ta thấy nhiều thiên hà trải qua quá trình hình thành sao, dù có một lỗ đen đang hoạt động trong đó”, ông nói.

Cách giải thích thứ hai là các luồng khí từ một lỗ đen đang hoạt động có thể làm nóng khí liên thiên hà xung quanh và ngăn cản nó nuôi dưỡng cho thiên hà. Hiện tượng này được gọi là sự thiếu chất của thiên hà.

David Elbaz đồng tình với cách giải thích thứ hai – giải pháp ngày càng được ưa chuộng bởi các mô phỏng số trong nghiên cứu vũ trụ học.

Cuối cùng, nghiên cứu mới đã cung cấp một quan sát trực tiếp để xác thực giả thuyết này, David Elbaz nói. Phát hiện này khiến David Elbaz ngạc nhiên sau khi các nghiên cứu trước đây đều không tìm thấy bằng chứng trực tiếp, “cung cấp một lời giải thích hợp lý cho hành vi của các thiên hà mà chúng ta quan sát được trong vũ trụ”, ông nói.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu có kế hoạch sử dụng dữ liệu từ Kính viễn vọng vô tuyến FAST của Trung Quốc cũng như Kính thiên văn Square Kilometre Array sắp ra mắt ở Nam Phi và Úc để kiểm tra các phát hiện của họ với các thiên hà nhỏ hơn và xa hơn.

Wang Tao cho hay: “Điều này sẽ giúp chúng tôi điều chỉnh kết luận của mình và xác nhận khả năng áp dụng chung của nó”.

Square Kilometre Array là dự án kính thiên văn mặt đất xây dựng từ hàng nghìn ăng ten nằm rải rác trên diện tích 1,2km², là hệ thống kính viễn vọng sóng vô tuyến khổng lồ thế hệ mới.

Kính viễn vọng vô tuyến FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) là một trong những công cụ quan sát vũ trụ hiện đại và mạnh mẽ nhất thế giới. Được đặt tại Trung Quốc, FAST nổi bật với nhiều đặc điểm ấn tượng:

- Kích thước khổng lồ: Với đường kính 500 mét, FAST là kính viễn vọng vô tuyến một đĩa đơn lớn nhất thế giới, vượt xa các kính thiên văn khác về quy mô.

- Độ nhạy cao: Nhờ kích thước và thiết kế tối ưu, FAST có độ nhạy rất cao, cho phép thu thập các tín hiệu vô tuyến yếu từ những nguồn rất xa và mờ nhạt trong vũ trụ.

- Khả năng quan sát rộng: FAST có khả năng quan sát một vùng trời rất rộng, giúp các nhà khoa học khám phá nhiều hiện tượng thiên văn khác nhau.

- Các mục tiêu nghiên cứu: FAST được sử dụng để nghiên cứu nhiều lĩnh vực thiên văn học, bao gồm tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất, nghiên cứu các vụ nổ tia gamma, phát hiện và nghiên cứu các pulsar (sao xung), những ngôi sao neutron quay nhanh và phát ra bức xạ điện từ, nghiên cứu các thiên hà xa xôi.

Vì sao FAST lại quan trọng?

- Mở ra những chân trời mới cho thiên văn học: Với khả năng quan sát vượt trội, FAST giúp các nhà khoa học khám phá những vùng vũ trụ chưa từng được biết đến, tìm ra những hiện tượng mới và kiểm chứng các lý thuyết vật lý.

- Đóng góp vào sự phát triển của khoa học: FAST là công cụ nghiên cứu quan trọng, giúp thúc đẩy sự phát triển của nhiều lĩnh vực khoa học, từ vật lý thiên văn đến công nghệ thông tin.

- Tăng cường vị thế của Trung Quốc trong nghiên cứu vũ trụ: FAST là một minh chứng cho sự đầu tư mạnh mẽ của Trung Quốc vào nghiên cứu khoa học và công nghệ, giúp nước này trở thành một cường quốc trong lĩnh vực thiên văn học.