Một thiên hà với một lỗ đen siêu khối lượng hoạt động mạnh, có khối lượng gấp hàng triệu đến hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời – nằm ở trung tâm. Nguồn ảnh: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Bức xạ mạnh mẽ từ các lỗ đen siêu khối lượng đang hoạt động, được cho là nằm ở trung tâm của hầu hết các thiên hà, có thể làm nhiều hơn là chỉ định hình môi trường xung quanh chúng.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters . Zhu, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.: "Theo truyền thống, người ta cho rằng vì các thiên hà nằm cách nhau rất xa nên chúng tiến hóa phần lớn một cách độc lập. Nhưng chúng tôi phát hiện ra rằng một lỗ đen siêu khối lượng hoạt động trong một thiên hà có thể ảnh hưởng đến các thiên hà khác trải rộng hàng triệu năm ánh sáng, cho thấy rằng sự tiến hóa của thiên hà có thể là một nỗ lực tập thể."

Zhu mô tả khái niệm này như một "hệ sinh thái thiên hà", so sánh nó với các hệ sinh thái liên kết trên Trái đất. Ông nói: "Một lỗ đen siêu khối lượng đang hoạt động giống như một kẻ săn mồi đói khát thống trị hệ sinh thái. Nói một cách đơn giản, nó nuốt chửng vật chất và ảnh hưởng đến sự phát triển của các ngôi sao trong các thiên hà lân cận."

Điều gì khiến các lỗ đen siêu khối lượng trở nên mạnh mẽ đến vậy?

Các lỗ đen đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học và công chúng kể từ khi chúng được đề xuất lần đầu tiên vào đầu những năm 1900. Những vật thể này đại diện cho một số điều kiện khắc nghiệt nhất trong vũ trụ, với lực hấp dẫn mạnh đến mức vật chất và thậm chí cả ánh sáng ở gần đó có thể bị hút vào nếu chúng đến quá gần.

Một loại đặc biệt được gọi là hố đen siêu khối lượng, bao gồm cả hố đen ở trung tâm Dải Ngân hà, có thể chứa khối lượng gấp hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Mặc dù bản thân hố đen không thể nhìn thấy được, nhưng chúng có thể trở nên cực kỳ sáng khi tích cực hút vật chất xung quanh.

Trong giai đoạn hoạt động mạnh mẽ này, được gọi là chuẩn tinh, khí và bụi tạo thành một đĩa quay xung quanh lỗ đen, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ khi chúng rơi vào bên trong. Những chuẩn tinh này có thể phát sáng mạnh đến mức làm lu mờ toàn bộ thiên hà chủ của chúng.

Bí ẩn về kính viễn vọng không gian JWST dẫn đến một khám phá mới

Dữ liệu ban đầu từ Kính viễn vọng không gian James Webb đã tiết lộ một điều bất ngờ. Các nhà thiên văn học nhận thấy rằng các vùng xung quanh một số chuẩn tinh sáng nhất trong vũ trụ sơ khai dường như chứa ít thiên hà hơn dự kiến. Vì các thiên hà lớn thường hình thành trong các cụm dày đặc, điều này đã đặt ra nhiều câu hỏi.

"Chúng tôi rất bối rối," Zhu nói. "Phải chăng kính viễn vọng JWST đắt tiền đã bị hỏng?" ông nói thêm với một tiếng cười. "Rồi chúng tôi nhận ra rằng các thiên hà có thể thực sự ở đó, nhưng khó phát hiện vì quá trình hình thành sao gần đây của chúng đã bị kìm hãm."

Phát hiện này đã dẫn các nhà nghiên cứu xem xét một khả năng mới. Có lẽ bức xạ mạnh từ các chuẩn tinh không chỉ ảnh hưởng đến chính các thiên hà của chúng mà còn hạn chế sự hình thành sao ở các thiên hà lân cận.

Bằng chứng cho thấy chuẩn tinh ức chế sự hình thành sao

Để khám phá ý tưởng này, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào một trong những chuẩn tinh sáng nhất được biết đến, J0100+2802. Vật thể này được cung cấp năng lượng bởi một lỗ đen siêu khối lượng với khối lượng gấp khoảng 12 tỷ lần khối lượng Mặt Trời. Bởi vì ánh sáng của nó đã di chuyển trong hơn 13 tỷ năm, nó cung cấp một cái nhìn thoáng qua về vũ trụ khi nó chưa đầy một tỷ năm tuổi.

Sử dụng kính viễn vọng không gian JWST, nhóm nghiên cứu đã đo lượng phát xạ từ O III, một dạng oxy ion hóa báo hiệu sự hình thành sao gần đây. Họ phát hiện ra rằng các thiên hà nằm trong phạm vi khoảng một triệu năm ánh sáng quanh chuẩn tinh cho thấy lượng phát xạ O III yếu hơn so với ánh sáng cực tím của chúng. Mô hình này cho thấy sự hình thành sao đã bị ức chế gần đây trong các thiên hà đó.

"Các lỗ đen được biết đến là 'nuốt' rất nhiều vật chất, nhưng trong quá trình nuốt chửng tích cực và ở dạng chuẩn tinh phát sáng, chúng cũng phát ra bức xạ rất mạnh," Zhu nói. "Nhiệt độ và bức xạ mạnh mẽ làm phân tách hydro phân tử tạo nên những đám mây khí liên sao khổng lồ, dập tắt khả năng tích tụ và biến thành các ngôi sao mới của nó."

Bức xạ làm gián đoạn quá trình hình thành sao như thế nào?

Các ngôi sao hình thành trong những điều kiện rất đặc biệt, dựa vào một lượng lớn khí hydro phân tử lạnh. Khí này đóng vai trò là nguyên liệu thô để tạo ra các ngôi sao mới. Các nhà khoa học đã biết rằng chuẩn tinh có thể phá hủy khí này trong chính thiên hà của chúng, làm ngừng quá trình hình thành sao cục bộ.

Điều còn chưa chắc chắn là liệu hiệu ứng này có lan rộng ra ngoài phạm vi một thiên hà duy nhất hay không. Bằng cách quan sát một chuẩn tinh từ vũ trụ sơ khai, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng mạnh mẽ cho thấy ảnh hưởng này lan rộng hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.

"Lần đầu tiên, chúng ta có bằng chứng cho thấy bức xạ này tác động đến vũ trụ trên quy mô liên thiên hà," Zhu nói, "Các chuẩn tinh không chỉ triệt tiêu các ngôi sao trong thiên hà chủ của chúng, mà còn cả trong các thiên hà lân cận trong bán kính ít nhất một triệu năm ánh sáng."

Vì sao JWST lại quan trọng

Theo Zhu, khám phá này sẽ không thể thực hiện được nếu không có Kính viễn vọng không gian James Webb. Ánh sáng từ các vật thể cực kỳ xa như J0100+2802 đã bị kéo giãn thành bước sóng hồng ngoại do sự giãn nở của vũ trụ. Các kính viễn vọng trước đây không thể phát hiện rõ ràng ánh sáng hồng ngoại yếu ớt này.

Độ nhạy cao của kính viễn vọng không gian JWST cho phép các nhà thiên văn học quan sát những sự kiện vũ trụ sơ khai này với độ chi tiết chưa từng có, mở ra một cánh cửa mới để hiểu về cách các thiên hà hình thành và tiến hóa.

Điều này có ý nghĩa gì đối với Dải Ngân hà và xa hơn nữa?

Dải Ngân hà có thể đã từng trải qua giai đoạn chuẩn tinh, mặc dù hiện nay nó không còn hoạt động. Các nhà nghiên cứu hiện đang xem xét giai đoạn đó có thể đã ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển của thiên hà chúng ta và các thiên hà lân cận.

Trong tương lai, nhóm dự định sẽ nghiên cứu thêm các chuẩn tinh khác để xác định xem hiện tượng này có phổ biến hay không. Họ cũng đặt mục tiêu hiểu rõ hơn về cơ chế đằng sau các tương tác này và liệu các yếu tố khác có đóng vai trò nào đó hay không.

"Hiểu được cách các thiên hà ảnh hưởng lẫn nhau trong vũ trụ sơ khai giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự hình thành của chính thiên hà của chúng ta," Zhu nói. "Giờ đây chúng ta nhận ra rằng các lỗ đen siêu khối lượng có thể đã đóng vai trò lớn hơn nhiều trong quá trình tiến hóa của thiên hà so với những gì chúng ta từng nghĩ - chúng hoạt động như những kẻ săn mồi vũ trụ, ảnh hưởng đến sự phát triển của các ngôi sao trong các thiên hà lân cận trong vũ trụ sơ khai."