Hiện tượng cực đoan bậc nhất vũ trụ

Chuẩn tinh thực chất là những lỗ đen siêu lớn đang bồi tụ vật chất. Ảnh: Sky News.

Vũ trụ bao la tràn ngập các thiên hà, trong đó có hơn hàng tỷ thiên hà mà con người có thể quan sát. Tuy nhiên, một số nổi bật hơn so với phần còn lại. Chúng được gọi là những thiên hà chuẩn tinh (quasar).

Thiên hà chuẩn tinh được cung cấp năng lượng dựa trên tốc độ ngốn ngấu vật chất khủng khiếp của lỗ đen siêu lớn đang hoạt động, từ đó khiến chúng phát ra ánh sáng sáng nhất trong vũ trụ và thắp sáng trung tâm thiên hà ngay trên phổ điện từ.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn đã tự hỏi tại sao một số thiên hà lại hoạt động cực đoan như vậy trong khi số khác thì không.

Nguyên nhân của sự hoạt động cực đoan ở chuẩn tinh

Bằng cách thực hiện một nghiên cứu kỹ lưỡng về các thiên hà chuẩn tinh và phi chuẩn tinh lân cận, nhóm nghiên cứu do nhà vật lý thiên văn Jonny Pierce thuộc Đại học Hertfordshire (Anh) dẫn đầu đã kết luận rằng trong phần lớn những trường hợp, hoạt động của chuẩn tinh được kích hoạt khi 2 thiên hà bắt đầu quá trình va chạm và sáp nhập.

Điều này nghĩa là trong vài tỷ năm nữa, khi dải Ngân Hà (Milky Way) bắt đầu hợp nhất với Andromeda, thiên hà của con người có khả năng trở thành một quasar rực lửa.

"Chuẩn tinh là một trong những hiện tượng cực đoan nhất trong vũ trụ. Những gì chúng ta nhìn thấy có khả năng đại diện cho tương lai Dải Ngân hà của chính con người khi nó va chạm với thiên hà Andromeda trong khoảng 5 tỷ năm nữa. May mắn thay, Trái Đất sẽ còn rất lâu mới đến gần một trong những giai đoạn tận thế này", nhà vật lý thiên văn Clive Tadhunter của Đại học Sheffield (Anh) nói.

Cũng theo ông Tadhunter, các lỗ đen là thứ tối nhất trong vũ trụ. Vì vậy, có vẻ hơi khó tin khi chúng là nguyên nhân chính tạo ra những ánh sáng rực rỡ nhất mà con người có thể nhìn thấy.

Khi một lỗ đen "ăn" vật chất trong quỹ đạo của nó, hỗn hợp vật chất không đơn giản chỉ rơi thẳng xuống là xong. Cụ thể, vật chất sẽ bị xoáy vòng quanh với tốc độ lớn. Lực ma sát và lực hấp dẫn cực lớn làm nóng vật liệu đến nhiệt độ đáng kinh ngạc khiến cho nó phát ra sáng ánh sáng xuyên qua quang phổ. Càng nhiều vật chất và trường hấp dẫn càng mạnh, vật chất càng tạo ra nhiều ánh sáng.

Chuẩn tinh là những lỗ đen siêu lớn đang bồi tụ vật chất với tốc độ gần như lớn nhất mà chúng có thể đạt được. Nếu vật liệu trở nên sáng hơn, áp suất bức xạ bên ngoài sẽ vượt quá lực hấp dẫn bên trong và đẩy vật liệu trở lại không gian. Các lỗ đen có thể vượt quá giới hạn này trong những đợt bùng nổ thời gian ngắn, nhưng đối với sự bồi tụ bền vững được quan sát thấy trong các chuẩn tinh, quá trình nêu trên không thể diễn ra.

Việc nghiên cứu các dòng vật chất hướng tới và xung quanh trung tâm thiên hà của những chuẩn tinh là điều không dễ dàng. Theo đó, các cấu trúc thường quá nhỏ để có thể nhìn thấy ở khoảng cách của đa phần những chuẩn tinh, trong khi các trung tâm thiên hà lại quá sáng để có thể quan sát nhiều chi tiết.

Hoạt động của chuẩn tinh thường được kích hoạt khi hai thiên hà bắt đầu va chạm và sáp nhập. Ảnh: NASA.

Vì sao các chuẩn tinh không được kích hoạt cùng lúc?

Các sự kiện kích hoạt hoạt động chuẩn tinh có thể mất nhiều thời gian hơn so với thời gian hoạt động của chuẩn tinh. Điều đó nghĩa là đối với những thiên hà chuẩn tinh có dấu hiệu được kích hoạt, vẫn còn nhiều số khác có cùng đặc điểm chưa bắt đầu.

Do đó, một vài nghiên cứu đã tập trung vào các quần thể chuẩn tinh và khám phá ra được những vụ va chạm thiên hà đóng vai trò như nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này.

Ông Pierce và đồng nghiệp đã tiến hành một cuộc điều tra chi tiết hơn về 48 chuẩn tinh gần đó trong khoảng 3,5 tỷ năm ánh sáng và so sánh chúng với 100 thiên hà tương tự không có hoạt động của chuẩn tinh.

Họ phát hiện ra rằng 2/3 chuẩn tinh trong mẫu của họ có dấu hiệu bị xáo trộn bởi lực hấp dẫn do va chạm với một thiên hà khác. Đó là tốc độ nhanh gấp 3 lần so với tốc độ nhiễu loạn hấp dẫn mà họ tìm thấy ở các thiên hà không có chuẩn tinh.

Khi 2 thiên hà va chạm, một lượng khí khổng lồ bị lực hấp dẫn kéo về phía lỗ đen siêu lớn tạo cho nó một lượng lớn vật chất mới. Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy nhiều chuẩn tinh bị xáo trộn vẫn đang ở giai đoạn trước khi hợp nhất. Nghĩa là dòng khí đến trung tâm thiên hà có thể kích hoạt hoạt động của chuẩn tinh rất lâu trước khi hai nhân thiên hà hợp nhất.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu nhận định vẫn còn một số lỗ hổng trong sự hiểu biết của mọi người. Các tương tác của thiên hà có thể là nguyên nhân phổ biến nhất kích hoạt hoạt động chuẩn tinh, nhưng vẫn có nhiều cách khác để hoạt động của chuẩn tinh được kích hoạt.