Các quan sát được thu thập bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb đã tiết lộ một lỗ đen siêu lớn đang hoạt động, có khối lượng gấp 9 triệu lần Mặt trời và đang phát triển tích cực, hấp thụ vật chất từ không gian xung quanh nó. 570 triệu năm sau Vụ nổ lớn, đây là lỗ đen siêu lớn đầu tiên phát triển, mặc dù các nhà khoa học hy vọng nó sẽ không giữ kỷ lục này lâu.
Một lỗ đen được tìm thấy bên trong một trong những thiên hà sớm nhất từng được phát hiện, trước đây được gọi là EGSY8p7, và kể từ đó được đổi tên thành CEERS 1019. Khám phá của nó có thể giúp giải quyết một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ sơ khai: làm thế nào các lỗ đen trong Bình minh vũ trụ phát triển đến kích thước lớn như vậy trong một khoảng thời gian ngắn như vậy.
Một bài viết trình bày chi tiết về khám phá này, dẫn đầu bởi nhà vật lý thiên văn Rebecca Larson của Đại học Texas ở Austin, xuất hiện trong một số đặc biệt của Tạp chí Vật lý Thiên văn. Larson nói với ScienceAlert: “Chúng tôi đã tìm thấy hạt nhân thiên hà hoạt động xa nhất (AGN) và lỗ đen lâu đời nhất mà chúng tôi từng tìm thấy”. Larson ban đầu quan sát CEERS 1019 như một phần trong công việc nghiên cứu ánh sáng được tạo ra bởi sự hình thành sao trong vũ trụ sơ khai.
Ánh sáng này, được gọi là bức xạ Lyman alpha, được cho là được tạo ra bởi quá trình ion hóa hydro trung tính trong quá trình hình thành sao. Vũ trụ sơ khai chứa đầy sương mù hydro trung tính ngăn cản sự truyền ánh sáng, chỉ sau khi hydro này bị ion hóa thì ánh sáng mới có thể truyền tự do.
Kỷ nguyên tái ion hóa này, như đã biết, chưa được nghiên cứu đầy đủ. Chúng ta biết rằng nó đã xảy ra trong một tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn 13,8 tỷ năm trước, nhưng rất khó để nhìn xa như vậy vào vũ trụ sơ khai. CEERS 1019 và một số thiên hà cực sớm khác là những đối tượng tuyệt vời cho nghiên cứu này vì chúng tương đối sáng. Thiên hà được xác định trong dữ liệu của Hubble vào năm 2015 và vào thời điểm đó, nó là thiên hà sớm nhất và xa nhất được quan sát thấy.
Các quan sát sau đó đã xác nhận sự tồn tại của nó, nhưng thông tin chi tiết hơn vẫn còn khó nắm bắt: ánh sáng sớm nhất trong vũ trụ, do sự giãn nở của vũ trụ, đã dịch chuyển rất xa vào phần hồng ngoại của quang phổ nên cần có một thiết bị hồng ngoại đặc biệt mạnh mẽ như JWST để nghiên cứu nó.
Vì vậy, khi JWST xuất hiện, CEERS 1019 – thiên hà sáng nhất trong số các thiên hà Hubble của thời đại này – đã trở thành một mục tiêu rõ ràng. Kính viễn vọng chỉ quan sát thiên hà trong một giờ với cả bốn thiết bị của nó, nhưng đã cung cấp rất nhiều dữ liệu.
Sau đó, Larson nhận thấy một điều mà cô ấy không mong đợi lắm. Ngoài sự hình thành sao sáng, còn có một đặc điểm phát xạ rộng thường được kết hợp với AGN. Khi cô ấy nói với một số nhà nghiên cứu của AGN về điều đó, mọi thứ trở nên thú vị. Thông thường, một thiên hà trong vũ trụ sơ khai phát ra ánh sáng từ siêu tân tinh hoặc ánh sáng từ quá trình hình thành sao. Để nhìn thấy cả hai trong cùng một thiên hà là vô cùng bất ngờ.
"Chúng tôi đã tranh luận trong nhiều tuần rằng nó nên như vậy, rằng nó nên là cái này hay cái kia. Và hóa ra là cả hai. Có một số ảnh hưởng của lỗ đen đối với các vạch phát xạ mà chúng ta nhìn thấy, nhưng hầu hết ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy trong các bức ảnh của mình vẫn bị chi phối bởi phần hình thành sao của thiên hà." Việc một lỗ đen siêu lớn tồn tại hơn 13,2 tỷ năm trước và vẫn tiếp tục phát triển không có gì đáng ngạc nhiên như bạn nghĩ.
Các lỗ đen lớn hơn nhiều đã được phát hiện trong vũ trụ sơ khai, J1342+0928, một bán thiên hà được phát hiện 690 triệu năm sau Vụ nổ lớn, có một lỗ đen siêu lớn kích thước bằng 800 triệu Mặt trời. Lỗ đen trong J0313-1806, được phát hiện 670 triệu năm sau Vụ nổ lớn, có kích thước bằng 1,6 tỷ Mặt trời.
Cả hai chuẩn tinh này đều bị chi phối bởi phát xạ AGN. Theo Larson và các đồng nghiệp của cô, CEERS 1019 là một giai đoạn trung gian: điểm giữa các thiên hà sau này, lớn hơn, do AGN thống trị và cách các thiên hà đó và lỗ đen của chúng bắt đầu hình thành ngay từ đầu. Nhìn vào lỗ đen siêu lớn trong CEERS 1019, các nhà nghiên cứu tin rằng vật thể này được hình thành từ sự sụp đổ của một vật thể nặng, chẳng hạn như một trong những ngôi sao sớm nhất trong vũ trụ. Những ngôi sao này lớn hơn nhiều so với những ngôi sao chúng ta thấy xung quanh chúng ta ngày nay, vì vậy một lỗ đen từ sự sụp đổ như vậy sẽ có một khởi đầu thuận lợi trên con đường đạt đến khối lượng siêu lớn.
Như Larson chỉ ra, kết quả thu được chỉ trong một giờ quan sát. Những quan sát thực sự sâu được kỳ vọng sẽ tiết lộ những thiên hà xa hơn và thậm chí mờ nhạt hơn, những thiên hà này cuối cùng sẽ giúp chúng ta hiểu vũ trụ được sinh ra và lớn lên như thế nào.
Đọc thêm:
- Các nhà thiên văn học đã chứng kiến sự kích hoạt năng lượng của một lỗ đen
- Hố đen siêu lớn Sagittarius A* thức giấc 200 năm trước