Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Thường được mô tả là ngọn hải đăng vũ trụ, chuẩn tinh (quasar) là đèn hiệu có thể quan sát được ở vùng ngoại ô của Vũ trụ, cung cấp một chủ đề nghiên cứu phong phú cho các nhà thiên văn học và vũ trụ học. Bây giờ các nhà khoa học đã công bố phát hiện ra quasar xa thứ hai từng được tìm thấy, tại hơn 13 tỷ ánh sáng từ Trái đất.
Thường được mô tả là ngọn hải đăng vũ trụ, quasar là đèn hiệu có thể quan sát được ở vùng ngoại ô của Vũ trụ, cung cấp một chủ đề nghiên cứu phong phú cho các nhà thiên văn học và vũ trụ học. Bây giờ các nhà khoa học đã công bố phát hiện ra quasar xa thứ hai từng được tìm thấy, tại hơn 13 tỷ ánh sáng từ Trái đất.
Joe Hennawi của UC Santa Barbara, giáo sư khoa Vật lý, và cựu học giả sau tiến sĩ của UCSB, Frederick Davies và Feige Wang, đã cung cấp các công cụ mô hình hóa và phân tích dữ liệu quan trọng cho phép khám phá này. Các kết quả hiện đang được in lại trên ArXiv và sẽ xuất hiện trong Tạp chí Vật lý thiên văn (The Astrophysical Journal Letters) .
Các nhà nghiên cứu đã đặt tên cho vật thể là Pōniuā’ena, có nghĩa là “nguồn sáng tạo quay vô hình, được bao quanh bởi sự sáng chói” trong ngôn ngữ Hawaii. Đây là chuẩn tinh đầu tiên nhận được một tên Hawaii bản địa.
Chuẩn tinh là nguồn phóng xạ cực kỳ sáng nằm ở trung tâm của các thiên hà lớn ở xa. Vật chất xoắn ốc lên một lỗ đen siêu lớn tạo ra lượng nhiệt cực lớn làm cho nó phát sáng ở bước sóng cực tím và quang học. “Chúng là những vật thể phát sáng nhất trong Vũ trụ”, Hennawi nói, “vượt qua các thiên hà chủ của chúng theo các yếu tố hơn một trăm.”
Kể từ khi phát hiện ra chuẩn tinh đầu tiên, các nhà thiên văn học đã rất muốn xác định khi nào chúng xuất hiện lần đầu tiên trong lịch sử vũ trụ của chúng ta. Bằng cách tìm kiếm một cách có hệ thống những vật thể quý hiếm này trong các cuộc khảo sát bầu trời diện rộng, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra chuẩn tinh xa nhất (có tên là J1342 + 0928) vào năm 2018 và bây giờ là Pōniuā’ena (hoặc J1007 + 2115) ở xa thứ hai.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra Pōniuā’ena như một chuẩn tinh có thể sau khi kết hợp với các cuộc khảo sát trên diện rộng. Năm 2019, các nhà nghiên cứu đã quan sát vật thể bằng Đài thiên văn WM Keck và Đài quan sát Song Tử trên Mauna Kea, ở Hawaii, xác nhận sự tồn tại và danh tính của nó.
Pōniuā’ena chỉ là quasar thứ hai được phát hiện ở khoảng cách tính theo độ dịch chuyển vũ trụ lớn hơn 7,5, hay 13 tỷ năm ánh sáng từ Trái đất. Nó chứa một lỗ đen lớn gấp đôi so với các quasar khác được biết đến từ cùng thời đại. Sự tồn tại của những lỗ đen khổng lồ này vào thời điểm đầu tiên thách thức các lý thuyết hiện tại về cách các lỗ đen siêu lớn hình thành và phát triển trong vũ trụ trẻ.
Một câu đố vũ trụ
Các quan sát quang phổ từ Gemini và Keck cho thấy lỗ đen cung cấp năng lượng cho Pōniuā’ena lớn gấp 1,5 tỷ lần so với Mặt trời của chúng ta. Jinyi Yang, một tác giả nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Arizona cho biết: “Pōniuā’ena là vật thể xa nhất được biết đến trong vũ trụ chứa một lỗ đen vượt quá một tỷ khối lượng mặt trời”.
Lỗ đen phát triển bằng cách bồi đắp vật chất. Trong bức ảnh tiêu chuẩn, các lỗ đen siêu lớn phát triển từ một lỗ đen “hạt giống” nhỏ hơn nhiều, có thể là tàn dư của một ngôi sao lớn đã chết. “Vì vậy, thật khó hiểu làm thế nào một lỗ đen khổng lồ như vậy có thể tồn tại sớm như vậy trong lịch sử vũ trụ bởi vì dường như không có đủ thời gian để chúng phát triển theo sự hiểu biết hiện tại của chúng tôi”, Davies giải thích.
Để một lỗ đen có kích thước này hình thành sớm trong vũ trụ, nó cần phải bắt đầu như một lỗ đen hạt giống 10.000 khối lượng mặt trời chỉ 100 triệu năm sau Vụ nổ lớn – trái ngược với sự phát triển từ một lỗ đen nhỏ hơn nhiều được hình thành bởi sự sụp đổ của một ngôi sao duy nhất.
“Làm thế nào vũ trụ có thể tạo ra một lỗ đen khổng lồ sớm như vậy trong lịch sử của nó?” Xiaohui Fan tại Đại học Arizona nói. “Phát hiện này đưa ra thách thức lớn nhất đối với lý thuyết về sự hình thành và phát triển của lỗ đen trong vũ trụ sơ khai.” Việc phát hiện ra một cơ chế kỳ lạ hơn để hình thành lỗ đen hạt giống có thể được yêu cầu để giải thích sự tồn tại đơn thuần của Pōniuā’ena.
Kỷ nguyên tái sinh
Lý thuyết hiện tại cho rằng sự ra đời của các ngôi sao và thiên hà như chúng ta biết chúng đã bắt đầu trong Kỷ nguyên tái sinh. Bắt đầu khoảng 400 triệu năm sau Vụ nổ lớn, vật chất khuếch tán ở giữa các thiên hà chuyển từ hydro trung tính sang hydro bị ion hóa. Sự tăng trưởng của các lỗ đen khổng lồ đầu tiên được cho là đã xảy ra trong thời gian này.
Việc phát hiện ra các quasar như Pōniuā’ena, nằm sâu trong kỷ nguyên tái sinh, là một bước tiến lớn để hiểu được quá trình tái tạo này và sự hình thành các lỗ đen siêu lớn và các thiên hà khổng lồ. Pōniuā’ena đã đặt ra những hạn chế mới và quan trọng đối với sự phát triển của môi trường liên thiên hà trong kỷ nguyên tái sinh.
Hennawi nói: “Pōniuā’ena hoạt động giống như một ngọn hải đăng vũ trụ. Khi ánh sáng của nó đi theo hành trình dài tới Trái đất, quang phổ của nó bị thay đổi bởi khí khuếch tán trong môi trường liên thiên hà cho phép chúng ta xác định chính xác khi xảy ra Kỷ nguyên tái sinh”, Hennawi nói. Phương pháp mô hình hóa và phân tích dữ liệu được sử dụng để suy luận thông tin về Kỷ nguyên tái sinh từ các phổ quasar xa xôi này được phát triển trong nhóm nghiên cứu của ông tại UC Santa Barbara cùng với Davies và Wang.
“Thông qua Đài quan sát của Đại học California, chúng tôi có quyền truy cập vào các kính viễn vọng Keck trên đỉnh Mauna Kea, cho phép chúng tôi có được dữ liệu chất lượng cao về vật thể này ngay sau khi nó được phát hiện bằng kính viễn vọng Gemini”, Hennawi nói.
Tìm thấy các quasar ở xa là một kim trong một vấn đề haystack. Các nhà thiên văn phải khai thác hình ảnh kỹ thuật số của hàng tỷ thiên thể để tìm ra các ứng cử viên chuẩn tinh. “Ngay cả sau khi bạn xác định được các ứng cử viên, tỷ lệ thành công hiện tại của việc tìm kiếm họ là khoảng 1% và điều này liên quan đến việc dành nhiều thời gian quan sát đắt tiền cho kính viễn vọng,” Wang giải thích.
May mắn thay, Hennawi và nhóm của ông đang phát triển các công cụ học máy để phân tích dữ liệu lớn này và làm cho quá trình tìm kiếm các chuẩn tinh xa hơn hiệu quả hơn. “Trong những năm tới, vệ tinh Euclid của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA sẽ cho phép chúng tôi tìm thấy có lẽ một trăm quasar ở khoảng cách này, hoặc xa hơn,” ông nói. “Với một mẫu thống kê lớn về các đối tượng này, chúng tôi sẽ có thể xây dựng một dòng thời gian chính xác của kỷ nguyên tái tạo cũng như làm sáng tỏ hơn về câu đố tăng trưởng của lỗ đen.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Santa Barbara . Bản gốc được viết bởi Harrison Tasoff. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :