Khám phá mạng vũ trụ: Thiên hà, sợi mạch và lỗ đen siêu khổng lồ sớm

Các thiên hà không nằm rải rác ngẫu nhiên trong vũ trụ; chúng tụ lại với nhau, nối với nhau bằng cấu trúc dạng sợi, với các kẽ lớn giữa chúng. Sự ra đời và tiến hóa của vũ trụ có thể được nhìn thấy trong mạng lưới vũ trụ này, vốn đã thu hút các nhà thiên văn học trong nhiều năm.

Giờ đây, các quan sát của Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) cho thấy một dãy thiên hà giống như sợi chỉ bất thường tồn tại chỉ 830 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Quan sát này đại diện cho một bước đột phá gần đây trong sự hiểu biết của chúng tôi.

Khám phá này đã được báo cáo bởi dự án ASPIRE (Khảo sát quang phổ về các quầng sáng bị lệch trong Kỷ nguyên tái tạo), với mục tiêu chính là nghiên cứu môi trường vũ trụ của các lỗ đen sớm nhất. Chương trình sẽ quan sát 25 chuẩn tinh tồn tại trong một tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn, thời điểm được gọi là Kỷ nguyên tái ion hóa.

Trong quá trình tìm kiếm, họ đã phát hiện ra một cấu trúc giống như sợi chỉ gồm mười thiên hà tồn tại chỉ 830 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Chuẩn tinh phát sáng neo giữ cấu trúc có đường kính ba triệu năm ánh sáng — và các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên với hình dạng của nó.

Thành viên nhóm nghiên cứu Xiaohui Fan của Đại học Arizona ở Tucson cho biết: “Tôi đã rất ngạc nhiên về độ dài và độ hẹp của những sợi tơ này. “Tôi đã mong đợi tìm thấy một cái gì đó, nhưng tôi không mong đợi một cấu trúc dài và mỏng như vậy.”

Nhóm cho rằng những sợi này sẽ phát triển thành các cụm thiên hà có kích thước bằng Cụm Coma nổi tiếng trong vũ trụ của chúng ta.

Trong một phần khác của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã xem xét các đặc điểm của tám chuẩn tinh trong vũ trụ sơ khai để nghiên cứu cấu trúc các sợi của chúng. Những thiên hà này tồn tại chưa đầy một tỷ năm sau Vụ nổ lớn và các nhà khoa học đã xác nhận rằng các lỗ đen trung tâm của chúng có khối lượng từ 600 triệu đến hai tỷ lần so với Mặt trời của chúng ta. Những kết quả này cung cấp động lực mới cho các nhà nghiên cứu điều tra khả năng phát triển nhanh chóng của lỗ đen.

Hai điều kiện phải được đáp ứng trong một thời gian ngắn để lỗ đen khổng lồ hình thành. Để bắt đầu phát triển, cần có một lỗ đen “hạt giống” lớn. Thứ hai, ngay cả khi hạt giống này ban đầu có khối lượng bằng một nghìn Mặt trời, nó vẫn cần bổ sung một lượng vật chất đáng kinh ngạc trong suốt thời gian tồn tại của nó.

Jinyi Yang thuộc Đại học Arizona, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Những quan sát chưa từng có cung cấp manh mối quan trọng về cách thức các lỗ đen tập hợp lại. Chúng tôi đã biết được rằng những lỗ đen này nằm bên trong các thiên hà trẻ khổng lồ cung cấp nguồn nhiên liệu cho sự phát triển của chúng”. lỗ đen với ASPIRE.

Bây giờ chúng ta biết lỗ đen này nằm trong một thiên hà rất lớn và tương đối trẻ, đóng vai trò là nguồn nhiên liệu chính của nó.

Bằng chứng về vai trò có thể có của các lỗ đen siêu lớn sơ khai trong việc kiểm soát quá trình sản xuất sao trong các thiên hà chủ của chúng cũng được tìm thấy trong dữ liệu JWST. Khi nó bồi tụ vật chất, lỗ đen này tạo ra một luồng gió hay luồng khí đáng chú ý. Những cơn gió này ảnh hưởng đến sự hình thành sao và các sự kiện quy mô thiên hà khác vượt xa phạm vi gần của lỗ đen.

“Gió mạnh từ lỗ đen có thể ngăn chặn sự hình thành sao trong thiên hà chủ,” Yang nói. “Những cơn gió như vậy đã được quan sát thấy trong vũ trụ lân cận nhưng chưa bao giờ được quan sát trực tiếp trong Kỷ nguyên Tái ion hóa. Quy mô gió liên quan đến cấu trúc chuẩn tinh. Theo quan sát của Webb, chúng ta thấy rằng những cơn gió như vậy đã tồn tại trong vũ trụ sơ khai.

Những kết quả này được công bố trong hai bài báo Tạp chí vật lý thiên văn.