Nhà thiên văn phát hiện cặp quasar hiếm đang sắp hợp nhất thành thiên hà mới.

Trong một khám phá đáng chú ý, một nhóm các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một cặp chuẩn tinh, nằm trong hai thiên hà đang va chạm vào nhau, có niên đại từ thuở sơ khai của vũ trụ, chỉ ba tỷ năm sau Vụ nổ lớn. Các quasar ở gần nhau đến mức khoảng cách của chúng nhỏ hơn khoảng cách giữa hai thiên hà.

Các chuẩn tinh được cung cấp năng lượng bởi các lỗ đen siêu lớn tiêu thụ khí, bụi và mọi thứ khác trong phạm vi hấp dẫn của chúng, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ trong quá trình này. Khi những lỗ đen này hợp nhất, chúng tạo thành một lỗ đen siêu nặng lớn hơn nằm ở trung tâm thiên hà.

Vấn đề kép trong vũ trụ sơ khai

Đài quan sát không gian Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu là đài quan sát đầu tiên phát hiện một quasar nhị phân và bằng chứng nữa đã được thu thập bằng cách sử dụng sức mạnh tổng hợp của một số đài quan sát, bao gồm Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA, Đài quan sát WM Keck, Đài quan sát Gemini Quốc tế, Đài thiên văn Karl G. Jansky Very Large Array và Đài quan sát tia X Chandra của NASA.

Khám phá này đặc biệt thú vị bởi vì chuẩn tinh kép rất hiếm trong giai đoạn đầu của quá trình tiến hóa của vũ trụ. Bằng cách hiểu về quần thể của các lỗ đen tiền thân, khám phá này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về sự xuất hiện của các lỗ đen siêu nặng và tần suất sáp nhập của chúng.

“Chúng tôi không thấy nhiều chuẩn tinh kép vào thời điểm ban đầu này. Và đó là lý do tại sao phát hiện này rất thú vị,” sinh viên tốt nghiệp Yu-Ching Chen của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign, tác giả chính của nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Nature, cho biết. “Biết về quần thể tổ tiên của các lỗ đen cuối cùng sẽ cho chúng ta biết về sự xuất hiện của các lỗ đen siêu lớn trong Vũ trụ sơ khai và tần suất những vụ sáp nhập như vậy có thể xảy ra.”

Sự xuất hiện của các quasar nhị phân gần là một lĩnh vực nghiên cứu tương đối mới, có thể thực hiện được nhờ các đài quan sát mạnh mới nhất cho phép các nhà thiên văn xác định sự cùng tồn tại đồng thời của hai quasar, đủ gần để cuối cùng hợp nhất và tạo ra một thiên hà mới, lớn hơn nhiều.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật mới liên quan đến đài thiên văn Gaia để tìm các ứng cử viên quasar nhị phân tiềm năng. Gaia đo chính xác vị trí, khoảng cách và chuyển động của các thiên thể gần đó, nhưng kỹ thuật này cho phép nó khám phá vũ trụ xa xôi. Cơ sở dữ liệu khổng lồ của Gaia có thể tìm thấy các chuẩn tinh có vẻ bắt chước chuyển động của các ngôi sao gần đó.

Mặc dù các chuẩn tinh xuất hiện dưới dạng các vật thể đơn lẻ trong dữ liệu Gaia, nhưng chúng ở gần nhau đến mức chúng tạo ra những “sự lắc lư” tinh vi và bất ngờ bắt chước sự dịch chuyển vị trí của chuẩn tinh. Tuy nhiên, những dao động này có thể chỉ ra những dao động ngẫu nhiên về độ sáng vì mỗi thành viên của cặp chuẩn tinh khác nhau về độ sáng theo thang thời gian từ vài ngày đến vài tháng, tùy thuộc vào lịch trình cung cấp năng lượng cho các lỗ đen của chúng.

Một trong những thách thức chính trong việc phát hiện các quasar nhị phân là lực hấp dẫn làm cong không gian, giống như một chiếc gương nhà vui. Kết quả là, thiên hà tiền cảnh có thể chia hình ảnh của một chuẩn tinh ở xa thành hai phần, tạo ra ảo giác rằng đó là một cặp nhị phân. Để loại trừ khả năng này, kính viễn vọng Keck đã được sử dụng để đảm bảo rằng không có thiên hà thấu kính nào giữa chúng ta và chuẩn tinh kép bị nghi ngờ.

Kính viễn vọng Không gian La Mã Nancy Grace sắp ra mắt của NASA, với thị lực tương tự như kính viễn vọng Hubble, rất lý tưởng để săn tìm các quasar nhị phân. Mặc dù Hubble đã được sử dụng để thu thập dữ liệu về các mục tiêu riêng lẻ, nhưng tầm nhìn hồng ngoại góc rộng của Roman về vũ trụ lớn hơn 200 lần so với Hubble.

Giáo sư thiên văn học Xin Liu của Đại học Illinois cho biết: “Chúng tôi đang bắt đầu tiết lộ phần nổi của tảng băng chìm của quần thể chuẩn tinh nhị phân ban đầu này”. “Đây là sự độc đáo của nghiên cứu này. Nó thực sự cho chúng ta biết rằng quần thể này tồn tại, và bây giờ chúng ta có một phương pháp để xác định nhiều chuẩn tinh được phân tách bằng kích thước nhỏ hơn kích thước của một thiên hà.