James Webb quan sát vụ sáp nhập lỗ đen xa nhất từng được biết

Các nhà thiên văn học đã tìm thấy những lỗ đen siêu nặng với khối lượng từ hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng của Mặt Trời trong hầu hết các thiên hà lớn trong khu vực vũ trụ lân cận, bao gồm cả chính thiên hà Milky Way của chúng ta. Những lỗ đen này có thể đã có tác động lớn đến quá trình tiến hóa của thiên hà nơi chứa chúng. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa hoàn toàn hiểu được cách mà những đối tượng này phát triển để trở nên khổng lồ như vậy.

Việc tìm thấy các lỗ đen siêu nặng có mặt trong khoảng thời gian rất ngắn sau Big Bang cho thấy sự phát triển như vậy phải diễn ra rất nhanh và sớm. Giờ đây, James Webb đang mang lại những thông tin rõ ràng hơn về sự phát triển của các lỗ đen trong vũ trụ sơ khai.

Các quan sát mới của Webb đã cung cấp bằng chứng về sự sáp nhập đang diễn ra của hai thiên hà và lỗ đen siêu nặng của chúng khi vũ trụ chỉ mới 740 triệu năm tuổi. Hệ này được đặt tên là ZS7. Nghiên cứu đã được công bố trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Báo cáo hàng thành của Hiệp hội Thiên văn học Hoàng gia (Anh)).

Các lỗ đen siêu nặng đang bồi tụ vật chất có đặc điểm quang phổ đặc trưng cho phép các nhà thiên văn học nhận diện chúng. Đối với các thiên hà rất xa, như trong nghiên cứu này, các dấu hiệu này không thể được phát hiện từ mặt đất và chỉ có thể được nhìn thấy với kính không gian như Webb.

"Chúng tôi đã tìm thấy bằng chứng về khí rất đặc và chuyển động nhanh trong vùng lân cận của lỗ đen, cũng như khí nóng ion hóa cao được chiếu bởi bức xạ mạnh mẽ thường sinh ra quanh các lỗ đen trong lúc chúng được bồi tụ," tác giả chính Hannah Übler ở Đại học Cambridge giải thích. "Nhờ độ sắc nét chưa từng có trong khả năng chụp ảnh của Webb, nhóm của chúng tôi cũng có thể phân tách rõ ràng khoảng trống giữa hai lỗ đen."

Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng một trong hai lỗ đen có khối lượng gấp 50 triệu lần khối lượng của Mặt Trời. "Khối lượng của lỗ đen còn lại có khả năng là tương đương, mặc dù khó đo hơn nhiều vì lỗ đen thứ hai này bị bao phủ bởi khí rất dày đặc," thành viên nhóm nghiên cứu là Roberto Maiolino ở Đại học Cambridge và Đại học College London giải thích.

"Những phát hiện của chúng tôi cho thấy hợp nhất là một con đường quan trọng mà thông qua đó các lỗ đen có thể phát triển nhanh chóng, thậm chí từ thời kỳ bình minh của vũ trụ," Übler giải thích. "Cùng với những phát hiện khác của Webb về các lỗ đen siêu nặng hoạt động trong những vùng xa xôi của vũ trụ, kết quả của chúng tôi cũng cho thấy các lỗ đen siêu nặng đã hình thành và định hình sự tiến hóa của các thiên hà ngay từ giai đoạn đầu."

"Khối lượng sao của hệ mà chúng tôi nghiên cứu tương tự như của thiên hà Magellan Lớn ở gần thiên hà của chúng ta," thành viên nhóm Pablo G. Pérez-González của Trung tâm Sinh học Vũ trụ (CAB), CSIC/INTA, ở Tây Ban Nha cho biết. "Chúng ta có thể thử tưởng tượng sự tiến hóa của các thiên hà sáp nhập có thể bị ảnh hưởng như thế nào nếu mỗi thiên hà có một lỗ đen siêu nặng lớn bằng hoặc hơn so với lỗ đen mà chúng ta có trong thiên hà Milky Way."

Nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng khi hai lỗ đen hợp nhất, chúng cũng sẽ tạo ra sóng hấp dẫn. Những sự kiện như thế này sẽ có thể phát hiện được với thế hệ mới của các đài quan sát sóng hấp dẫn, chẳng hạn như sứ mệnh LISA (Laser Interferometer Space Antenna / Ăng-ten không gian giao thoa kế laser) sắp tới, đã được ESA phê duyệt và sẽ là đài quan sát đầu tiên trong không gian dành riêng cho việc nghiên cứu sóng hấp dẫn.

"Các kết quả của Webb cho chúng ta biết rằng các hệ nhẹ hơn có thể phát hiện được bởi LISA có thể phổ biến hơn nhiều so với dự đoán trước đây," Nhà khoa học của dự án LISA là Nora Luetzgendorf thuộc ESA, nói. "Nó rất có thể sẽ giúp chúng tôi điều chỉnh lại các mô hình cho LISA để giới hạn quan sát trong phạm vi khối lượng này. Đây mới chỉ là phần nổi của tảng băng chìm."

Phát hiện này có được nhờ các quan sát được thực hiện như một phần của một chương trình có mục đích thu thập và phân tích quang phổ của các thiên hà ở dải sóng cận hồng ngoại (tên đầy đủ la Galaxy Assembly with NIRSpec Integral Field Spectroscopy). Nhóm nghiên cứu gần đây đã được trao quyền trong một chương trình lớn sẽ tiến hành trong Chu kỳ 3 của Webb về quan sát, để nghiên cứu chi tiết mối quan hệ giữa các lỗ đen siêu nặng và thiên hà chủ của chúng trong một tỷ năm đầu tiên của vũ trụ.

Một thành phần quan trọng của chương trình này sẽ là tìm kiếm và xác định đặc trưng của các hệ sáp nhập lỗ đen. Nỗ lực này sẽ giúp xác định tỷ lệ sáp nhập lỗ đen xảy ra ở các thời kỳ sớm của vũ trụ và sẽ đánh giá vai trò của sự sáp nhập trong sự phát triển sớm của lỗ đen và mức độ phát ra sóng hấp dẫn ở buổi bình minh của thời gian.

Bryan
Theo Phys.org