Giải mã tín hiệu vô tuyến bí ẩn cách trung tâm 3.000 năm ánh sáng

Tín hiệu vô tuyến bí ẩn được phát hiện cách trung tâm thiên hà gần 3.000 năm ánh sáng đang làm lung lay các lý thuyết cũ, hé lộ một bức tranh mới về sự phát triển của các lỗ đen siêu khối lượng và vai trò của chúng trong vũ trụ.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học tin rằng các lỗ đen siêu khối lượng thường cư trú và phát triển ổn định ở trung tâm thiên hà, hoạt động như "trái tim" của chúng. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới trên tạp chí Science Bulletin đã thách thức quan điểm này. Một nhóm nghiên cứu quốc tế do nhà khoa học An Tao thuộc Đài quan sát Thiên văn Thượng Hải dẫn đầu đã phát hiện ra một lỗ đen không nằm ở trung tâm thiên hà mà đang lang thang ở vùng ngoại vi, cách lõi thiên hà lùn MaNGA 12772-12704 khoảng 3.000 năm ánh sáng, và đặc biệt hơn, nó đang phát ra các tín hiệu vô tuyến mạnh mẽ.

Khám phá này không chỉ biến khái niệm "lỗ đen lang thang" từ lý thuyết thành thực tế mà còn mở ra một chương mới trong việc nghiên cứu sự tiến hóa của các lỗ đen siêu khối lượng.

Các nhà khoa học đã tập trung tìm kiếm những lỗ đen này trong các thiên hà lùn, được ví như những "hóa thạch vũ trụ" vì có lịch sử tiến hóa đơn giản và giữ lại những manh mối quan trọng về vũ trụ sơ khai.

Về lý thuyết, những vụ sáp nhập thiên hà có thể tạo ra sóng hấp dẫn đủ mạnh để đẩy các lỗ đen ra khỏi giếng thế hấp dẫn nông ở trung tâm các thiên hà lùn, khiến chúng "lang thang" ra các vùng ngoại vi. Mặc dù các mô phỏng đã dự đoán điều này, bằng chứng quan sát trực tiếp vẫn còn thiếu.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng Kính viễn vọng Vô tuyến Mảng đường cơ sở rất dài (VLA) để quan sát thiên hà lùn MaNGA 12772-12704. Họ phát hiện ra rằng nguồn bức xạ vô tuyến của thiên hà này không nằm ở trung tâm hình học như lẽ ra phải có.

Hình ảnh thu được cho thấy một nguồn phát xạ vô tuyến nhỏ gọn, có nhiệt độ sáng cực cao và một cấu trúc tia vật chất mở rộng, những đặc điểm điển hình của một nhân thiên hà hoạt động (AGN). Quan trọng hơn, dữ liệu lưu trữ từ năm 1993 đến 2023 cho thấy nguồn vô tuyến này có khả năng biến đổi ánh sáng theo thời gian trong hàng thập kỷ, điều này loại trừ khả năng đây chỉ là tàn dư của một vụ nổ siêu tân tinh.

Với khối lượng ước tính khoảng 300.000 lần khối lượng Mặt Trời, lỗ đen này được xếp vào nhóm lỗ đen khối lượng trung bình. Nhà nghiên cứu Liu Yuanqi đã ví nó như một "ngọn hải đăng vũ trụ" được thắp sáng bởi một lỗ đen, không còn ở trung tâm nhưng vẫn tiếp tục phát ra năng lượng mạnh mẽ. Đây là một trong những trường hợp hiếm hoi và có độ dịch chuyển đỏ thấp nhất từng được xác nhận.

Khám phá này có ý nghĩa sâu rộng. Nó thách thức quan điểm phổ biến rằng các lỗ đen siêu khối lượng chỉ phát triển nhanh chóng ở trung tâm thiên hà thông qua việc bồi tụ khí tập trung. Nghiên cứu này cho thấy các lỗ đen có thể tích tụ vật chất và hình thành các luồng năng lượng mạnh mẽ ngay cả khi chúng lang thang ở vùng ngoại vi.

Điều này ủng hộ lý thuyết "tăng trưởng phân tán" của các lỗ đen siêu khối lượng trong vũ trụ sơ khai, cho thấy chúng có thể phát triển rải rác khắp thiên hà và sau đó sáp nhập để đạt được khối lượng khổng lồ.

Bên cạnh đó, các luồng vật chất mạnh mẽ được phóng ra từ "lỗ đen lang thang" có thể truyền năng lượng vào khí xung quanh, làm gián đoạn quá trình hình thành sao và thay đổi vòng đời của các thiên hà chủ từ xa.

Điều này buộc chúng ta phải xem xét lại mối quan hệ đồng tiến hóa giữa lỗ đen và các thiên hà. Chúng không chỉ là "động cơ" ở trung tâm, mà còn có thể âm thầm định hình toàn bộ cấu trúc của một thiên hà.

Với sự ra đời của các thế hệ kính thiên văn tiếp theo, như Mảng lõi của kính thiên văn vô tuyến China Sky Eye và Kính thiên văn Mảng Kilomet vuông (Square Kilometer Array), các nhà thiên văn học sẽ có thể thực hiện các khảo sát có hệ thống với độ nhạy và độ phân giải cao hơn. Điều này hứa hẹn sẽ dẫn đến những khám phá lớn, giúp chúng ta xác định và nghiên cứu thống kê thêm nhiều lỗ đen lang thang.

Có lẽ, trong tương lai, chúng ta sẽ nhận ra rằng những "du khách vô hình" này không hề hiếm gặp mà thực sự rất phổ biến trong vũ trụ, âm thầm nhưng ảnh hưởng sâu sắc đến vòng đời của các thiên hà.