Hố đen hoạt động có thể vừa khuấy động vừa nuôi dưỡng các vùng tạo sao

Các hố đen siêu nặng đang bồi tụ vật chất không đơn thuần là những “kẻ diệt sao”. Nghiên cứu do Peixin Zhu dẫn dắt trên 9 thiên hà Seyfert lân cận cho thấy hoạt động của hố đen, các dòng vật chất chảy ra, sóng sốc và sự hình thành sao tạo nên một mô hình không gian lặp lại. Mô hình này có thể làm biến đổi khí liên sao, đồng thời cùng tồn tại với — và có khả năng hỗ trợ — sự ra đời của các ngôi sao mới, thay vì luôn luôn ngăn cản quá trình đó. 12

Họ đã tách các tín hiệu chồng lấp như thế nào?

Nhóm nghiên cứu sử dụng phổ quang học phân giải theo không gian từ MUSE — thiết bị quang phổ trường tích phân gắn trên Kính thiên văn Rất Lớn (VLT) của Đài thiên văn Nam châu Âu (ESO) — để khảo sát 9 thiên hà Seyfert loại 2 ở gần. 12

Trong phổ của một thiên hà hoạt động, ánh sáng phát ra bởi sao trẻ, bởi nhân thiên hà hoạt động (AGN, vùng sáng được cấp năng lượng khi vật chất rơi vào hố đen siêu nặng), và bởi khí bị sốc có thể bị trộn lẫn. Để phân biệt chúng, các nhà khoa học áp dụng một công cụ chẩn đoán vạch phát xạ ba chiều dựa trên lý thuyết, nhằm tách ba nguồn kích thích này. 6

Hình thái tia X sâu từ kính thiên văn Chandra của NASA cũng ủng hộ độc lập cho cách phân tách nói trên. Điều đó củng cố nhận định rằng các cấu trúc trung tâm được lập bản đồ chủ yếu liên quan đến AGN, chứ không phải chỉ do sự hình thành sao. 1

Mô hình chung hiện ra trong 9 thiên hà

Các quan sát cho thấy một cấu trúc đáng chú ý lặp lại trong toàn bộ mẫu:

• Các vùng tạo sao thường xuất hiện thành vòng hoặc cung, ở bán kính chiếu khoảng 0,8–6 kiloparsec tính từ tâm thiên hà. 2
• Những vòng quanh nhân này phù hợp với kịch bản khí tích tụ tại các cộng hưởng do thanh thiên hà tạo ra. Tuy nhiên, các tác giả cũng lưu ý rằng phản hồi AGN theo hướng thúc đẩy có thể góp phần. 1
• Bức xạ từ AGN chiếu sáng các vùng khí ion hóa dạng hình nón kép, kéo dài tới quy mô kiloparsec từ hạt nhân. 1
• Ở vùng nhân có khí do sốc nhanh chi phối; xung quanh là các khu vực bị sốc thuần túy, và trong một số trường hợp còn có sốc cục bộ ngay bên trong các vòng tạo sao. 1
• Các vùng sốc nhanh trung tâm thường nằm vuông góc với nón ion hóa hay dòng chảy ra của AGN. 1

Vì sao hướng vuông góc của các vùng sốc lại quan trọng?

Sự lặp lại của hình học vuông góc gợi ý đây là một tương tác vật lý thực sự, không chỉ là những vùng tình cờ chồng lên nhau khi quan sát theo đường ngắm. Năng lượng từ dòng chảy ra hoặc tia phụt của AGN dường như va vào, nén và làm nhiễu loạn môi trường liên sao theo chiều ngang.

Kết quả nhìn chung phù hợp với tương tác giữa tia phụt và môi trường liên sao. Tại những AGN có tia phụt yếu, tương tác giữa gió từ nhân và khí xung quanh có thể đặc biệt quan trọng. 1

Thách thức cách nhìn đơn giản về “phản hồi AGN”

Mô hình truyền thống thường xem phản hồi từ AGN chủ yếu là cơ chế dập tắt sự hình thành sao: hố đen làm nóng khí hoặc đẩy khí ra khỏi thiên hà, khiến khí không còn đủ điều kiện để kết tụ thành sao.

Nghiên cứu mới không chứng minh rằng AGN lúc nào cũng làm tăng sự hình thành sao. Các tác giả vẫn coi cộng hưởng do thanh thiên hà là một lời giải thích hợp lý cho các vòng tạo sao. 1 Nhưng công trình cho thấy sốc ở vùng trung tâm là hiện tượng phổ biến, và cần tách tín hiệu do sốc khỏi ion hóa bởi AGN và sao trẻ trước khi kết luận một AGN đang kìm hãm hay thúc đẩy sự sinh sao. 1

Bức tranh được phác họa là một chu trình liên kết: khí rơi vào hố đen; AGN phát bức xạ và tạo dòng chảy ra; các dòng này cùng sóng sốc tương tác với khí trong thiên hà; rồi chính các tương tác ấy có thể sắp xếp lại hoặc nén khí, tạo điều kiện cùng tồn tại với — và có khả năng nuôi dưỡng — sự hình thành sao mới. 1