Giải mã bí ẩn về thiên hà

Các nhà thiên văn đã tìm thấy lời giải cho nhiều thiên hà có vẻ "già" hơn thực tế vì chúng là những hố đen phát ra ánh sáng.

Các hố đen nằm bên trong lớp vỏ hydro phát sáng. Ảnh: Anna de Graaff.

Các nhà thiên văn học vừa đưa ra giả thuyết mới về "sao hố đen" để giải thích những chấm sáng bí ẩn trong vũ trụ. Những chấm sáng này, gọi là LRD (Little Red Dots - các chấm đỏ nhỏ), xuất hiện từ rất sớm trong lịch sử vũ trụ nhưng bản chất vẫn còn là ẩn số.

Lúc đầu, các nhà khoa học nghĩ LRD là những thiên hà già với nhiều sao cũ. Lý do là ánh sáng từ chúng trông giống như ánh sáng từ những ngôi sao đã tiến hóa lâu đời. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu do nhà vật lý thiên văn Anna de Graaff thuộc Viện Thiên văn học Max Planck (Đức) đã phản đối điều này dựa trên quan sát các LRD có biệt danh The Cliff.

Họ cho rằng các sao có ánh sáng như vậy không thể hình thành trong Vũ trụ sơ khai. “Thay vào đó, chúng tôi cho rằng mô hình hợp lý nhất là một nguồn phát sáng ion hóa, bị làm đỏ bởi lớp khí dày đặc hấp thụ ở khu vực lân cận”, nhóm nghiên cứu viết.

Nói cách khác, một lớp khí dày đặc bao quanh đã hấp thụ ánh sáng, biến nó thành màu đỏ. Điều này dẫn đến sự đứt gãy Balmer mạnh bên trong The Cliff, một dấu hiệu để xác định tuổi của sao hoặc thiên hà, khiến nhiều người lầm tưởng về độ già của chúng. Đứt gãy Balmer là một dấu hiệu trong quang phổ giúp xác định tuổi của thiên hà.

Các thiên hà trẻ được hình thành từ nhiều sao loại O, B phát nhiều ánh sáng ở bước sóng ngắn (màu xanh, tím, tử ngoại). Các sao này chỉ sống vài triệu năm, và khi biến mất sẽ tạo ra một sự thay đổi màu sắc mạnh, như một sự đứt gãy trên biểu đồ quang phổ. Do đó, các thiên hà càng già thì màu sắc càng trở nên ấm nóng.

Đứt gãy Balmer của The Cliff đặc biệt lớn. Ảnh: Anna de Graaff.

Nhiều LRD cho thấy một đứt gãy Balmer mạnh, xuất hiện vào thời kỳ chỉ khoảng 600 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, tức cách đây 13,8 tỷ năm. Các nhà khoa học tin rằng đây là giai đoạn quá sớm trong vòng đời của vũ trụ để một thiên hà có thể đạt đến trạng thái sao già hơn chiếm ưu thế.

Điều này dẫn đến nhiều nghiên cứu nhằm tìm hiểu những “chấm đỏ nhỏ” trong không gian thực chất là gì. Trong khi đó, The Cliff mang đến một thử thách hoàn toàn mới, với ánh sáng đã du hành suốt 11,9 tỷ năm, kèm theo một đứt gãy Balmer rõ rệt nhất từng được ghi nhận ở một LRD.

“Những đặc tính cực đoan của The Cliff buộc chúng tôi phải quay lại từ đầu và xây dựng các mô hình hoàn toàn mới”, de Graaff giải thích. Với đặc điểm kỳ lạ này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình gọi là sao hố đen, một hố đen siêu khối lượng đang tích cực nuốt vật chất từ một đĩa bồi tụ, được bao quanh và làm đỏ bởi một lớp vỏ hydro dày đặc chứ không phải bụi.

Cấu trúc này phần nào giống với một ngôi sao được bao bọc bởi plasma siêu nóng. Trong khi sao thường sáng nhờ nhiệt hạch bên trong, sao hố đen sáng nhờ hố đen nuốt vật chất và làm nóng khí xung quanh.

Hiện tại, giả thuyết này vẫn cần nhiều nghiên cứu hơn để xác định về sự tồn tại và cách hình thành và tiến hóa của sao hố đen. Tuy nhiên, Science Alert cho rằng giả thuyết này khá hợp lý và ít nhất sẽ giúp phần nào giải quyết bài toán về LRD mà vẫn giữ nguyên hiểu biết hiện tại của con người về quá trình tiến hóa của vũ trụ.

“Với những giới hạn nghiêm ngặt như độ dịch chuyển đỏ tương đối khiêm tốn, phạm vi quan sát quang phổ - quang trắc chất lượng cao, The Cliff trở thành chuẩn mực lý tưởng cho các nghiên cứu trong tương lai về nhân thiên hà hoạt động và sao hố đen”, nhóm nghiên cứu viết.