JWST phát hiện cặp hố đen siêu khối 'ăn' vật chất gần nhau nhất từng được xác nhận trong vũ trụ sơ khai

Chính JWST, với thiết bị quang phổ hồng ngoại NIRSpec cực mạnh, đã phá vỡ bức tường bụi này. NIRSpec phát hiện hai nguồn sáng nhỏ gọn, cách nhau 4.900 năm ánh sáng. Mỗi nguồn sáng này đều mang dấu hiệu quang phổ của khí đang xoáy với tốc độ cực lớn – dấu hiệu không thể nhầm lẫn của hố đen siêu khối đang tích cực 'ăn' vật chất (hay còn gọi là hạt nhân thiên hà hoạt động AGN) .

Đồng tác giả nghiên cứu, Roberto Decarli, khẳng định: 'Phát hiện này chỉ có thể thực hiện được nhờ khả năng chụp ảnh và quang phổ tuyệt vời của JWST, đặc biệt là thiết bị NIRSpec. Các quan sát tương tự từ mặt đất sẽ cực kỳ khó khăn do sự hấp thụ của khí quyển ở các bước sóng này.'

Xác nhận từ ALMA: Hai thiên hà sắp sáp nhập

Để chắc chắn hơn, nhóm nghiên cứu sử dụng kính thiên văn vô tuyến ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). ALMA đã phát hiện các đám mây khí lạnh khổng lồ bao quanh mỗi hố đen . Decarli giải thích: 'Điều này cho thấy hai hố đen nằm ở trung tâm của hai thiên hà đang đứng trước bờ vực sáp nhập.' Sự hiện diện của môi trường thiên hà giàu khí lạnh này đã loại trừ các giả thuyết hình thành khác thường, và khẳng định đây là một vụ sáp nhập thiên hà giàu khí thực sự .

Nghiên cứu đầy đủ đã được công bố trên tạp chí Nature Astronomy (bản preprint hiện có trên arXiv).

Bên lề: Lần đầu phát hiện ba hố đen siêu khối trong một thiên hà

Không chỉ dừng lại ở cặp đôi LID-1166, một nghiên cứu khác cũng gây chấn động không kém. Một nhóm khoa học gia quốc tế do Hannah Übler dẫn đầu tại Viện Vật lý Ngoài Trái đất Max Planck (MPE) đã xác định ba hố đen siêu khối đang hoạt động trong cùng một thiên hà, J0148-4214 .

Thiên hà này nằm cách Trái đất hơn 12,5 tỷ năm ánh sáng, và tồn tại khi vũ trụ mới khoảng 1,2 tỷ năm tuổi .

Đặc biệt, hai trong ba hố đen này nằm rất gần nhau ở trung tâm thiên hà, chỉ cách nhau 620 năm ánh sáng (trong hình chiếu), cho thấy chúng đang đứng trước bờ vực sáp nhập. Hố đen thứ ba nằm xa hơn, cách trung tâm khoảng 5.500 năm ánh sáng .

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện bộ ba này bằng thiết bị NIRSpec của JWST ở chế độ Integral Field Unit (IFU), cho phép phân tích quang phổ không chỉ của một điểm mà của toàn bộ vùng không gian. Mỗi hố đen lộ diện qua vạch phát xạ H-alpha rộng, dấu hiệu đặc trưng của khí đang xoáy quanh một hố đen siêu khối .

Hannah Übler nhận xét: 'Phát hiện này cho thấy các quá trình trong vũ trụ sơ khai đủ hiệu quả để đưa các hố đen siêu khối lại gần nhau, tạo tiền đề cho những vụ sáp nhập hố đen lớn mà chúng tôi hy vọng sẽ phát hiện được trong tương lai với các đài quan sát sóng hấp dẫn.'

Ý nghĩa vũ trụ học

Cả hai phát hiện này vẽ nên một bức tranh về vũ trụ trẻ nơi các hố đen siêu khối phát triển nhanh chóng thông qua các vụ sáp nhập dữ dội và tương tác giàu khí. Những hệ thống hố đen gần nhau như LID-1166 và J0148-4214 là 'phòng thí nghiệm' tự nhiên hoàn hảo để các nhà khoa học kiểm tra các lý thuyết về sự hình thành và tiến hóa của thiên hà. Và tất cả đều nhờ vào khả năng quan sát hồng ngoại vượt trội của JWST, thứ đã vén màn lớp bụi dày đặc mà các kính thiên văn tiền nhiệm bất lực.