Cái nào có trước: các thiên hà hay lỗ đen siêu khối của chúng ?

Ảnh ghép của Henize 2-10. Dữ liệu quang học thu từ Hubble có màu đỏ, lục và lam, dữ liệu vô tuyến VLA có màu vàng và dữ liệu tia X Chandra có màu tía. Vị trí của lỗ đen được đánh dấu bằng chữ thập màu đỏ. Ảnh: Tia X (NASA/CXC/Virginia/A Reines) Vô tuyến (NRAO/AUI/NSF/Virginia/A Reines) Quang học (NASA/STScI/Virginia/A Reines)

Kể từ khi các lỗ đen siêu khối được tìm thấy ẩn nấp tại tâm của đa số các thiên hà lớn, các nhà thiên văn học vẫn tự hỏi không biết cái gì xuất hiện trước: các thiên hà hay là chính các lỗ đen đó? Giờ thì các nhà thiên văn ở Mĩ vừa phát hiện ra lỗ đen siêu khối đầu tiên được biết nằm tại tâm của một thiên hà “lùn” rất trẻ, nơi các ngôi sao đang sinh sôi nhanh chóng. Kết quả trên, thu được bởi dữ liệu từ kính thiên văn vô tuyến Ma trận Rất Lớn ở New Mexico và Kính thiên văn vũ trụ Hubble, cho thấy các lỗ đen siêu khối hình thành trước các thiên hà đồng hành của chúng.

Bí ẩn về cái nào có trước – các thiên hà hay các lỗ đen siêu khối của chúng – thoạt đầu phát sinh khi các nhà thiên văn nhận thấy khối lượng của lỗ đen chia cho khối lượng của nhân giữa đậm đặc (“chỗ phình”) của thiên hà là bằng nhau đối với hầu hết các thiên hà lớn, kể cả Dải Ngân hà của chúng ta. Dường như các lỗ đen và chỗ phình ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của nahu – và do đó phát triển một cách đồng thời. Tuy nhiên, trong vài năm trở lại đây, các quan sát dường như đề xuất rằng các thiên hà trẻ che giấu các lỗ đen khối lượng lớn hơn cái tỉ số này cho phép – cho thấy các lỗ đen của chúng đã hình thành trước.

Các dòng vật chất siêu nhanh

Bằng chứng mới nhất ủng hộ cho lí thuyết lỗ-đen-có-trước xuất phát từ Amy Reines cùng các đồng nghiệp tại trường Đại học Virginia và Đài thiên văn Vô tuyến Quốc gia (NRAO) ở Mĩ. Họ đã khảo sát các sóng vô tuyến cường độ mạng phát ra từ nhân giữa của Henize 2-10 – một thiên hà có bán kính khoảng bằng 3% bán kính của Dải Ngân hà và ở cách trái đất chúng ta 30 triệu năm ánh sáng. Thiên hà trên đang hình thành sao rất nhanh và một số nhà thiên văn tin rằng nó tương tự như những thiên hà đầu tiên hình thành trong vũ trụ sơ khai.

Bức xạ phát ra từ nhân giữa của Henize 2-10 được tìm thấy tương tự như bức xạ trông đợi từ các “vòi vật chất” siêu nhanh vọt ra từ những khu vực ở gần một lỗ đen. Sự có mặt của một lỗ đen siêu khối sau đó được xác nhận bởi các phép đo từ Đài thiên văn tia X Chandra. Những phép đo này cho thấy sự phát xạ tia X cường độ mạnh từ nhân thiên hà trên mà cùng với dữ liệu vô tuyến, chúng gợi ý đến cái các nhà thiên văn cho biết là một lỗ đen siêu khối có khối lượng gấp một triệu lần Mặt trời của chúng ta.

Củng cố lí thuyết

Trong khi những lỗ đen trung tâm có khối lượng ngang ngửa nhau đã được tìm thấy trong những thiên hà khác, thì những thiên hà đó lại lớn hơn – và có hình dạng đều đặn hơn nhiều – so với Henize 2-10. Chúng cũng không hậu thuẫn cho tỉ số hình thành sao cao như Henize 2-10. “Hiện tại, chúng tôi đã tìm thấy một thiên hà lùn không có chỗ phình nào hết, nhưng nó có một lỗ đen siêu khối”, Reines nói. “Điều này củng cố cho trường hợp các lỗ đen hình thành trước, trước khi chỗ phình của thiên hà hình thành”.

Quan điểm đó được Kelsey Johnson, một đồng nghiệp của Reines ở trường Đại học Virginia, ủng hộ. “Thiên hà này có khả năng giống na ná như các thiên hà trong vũ trụ thời rất trẻ, khi các thiên hà chỉ mới bắt đầu hình thành và thường xuyên va chạm nhau”, bà nói. “Toàn bộ các tính chất của nó, kể cả lỗ đen siêu khối, mang lại cho chúng ta những manh mối mới quan trọng về cách thức những lỗ đen và thiên hà này hình thành vào thời kì ấy”.

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature doi:10.1038/nature09724 và được Reines trình bày tại cuộc họp lần thứ 217 của Hội Thiên văn học Hoa Kì.

Theo Hamish Johnston – physicsworld.com