Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã đạt được một phát hiện quan trọng khi ghi nhận những hố đen đầu tiên đang ‘ngốn’ các ngôi sao trong các thiên hà bị bụi vũ trụ che khuất. Thông tin này được công bố trong một nghiên cứu trên tạp chí Astrophysical Journal Letters vào ngày 1/8.

Sử dụng khả năng quan sát hồng ngoại vượt trội của mình, JWST đã có thể nhìn xuyên qua lớp bụi dày đặc để phát hiện ra các sự kiện hiếm gọi là TDE (tidal disruption event), xảy ra khi một ngôi sao bị kéo vào quá gần một hố đen và bị kéo giãn thành đĩa khí nóng trước khi bị nuốt chửng. Thông thường, TDE được phát hiện thông qua bức xạ tia X, cực tím hoặc ánh sáng khả kiến phát ra từ khí sao bị nung nóng.

Tuy nhiên, trong môi trường đầy bụi, các tín hiệu này gần như bị chặn hoàn toàn. Nhưng JWST đã tận dụng được khả năng phát ra ánh sáng hồng ngoại của bụi vũ trụ sau khi hấp thụ năng lượng, cho phép kính viễn vọng này phát hiện ra các tín hiệu đặc trưng.

Tiến sĩ Megan Masterson, nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), cho biết JWST gần như là cách duy nhất để nghiên cứu các hố đen đang ăn sao nhưng bị bụi che kín. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng JWST để tập trung vào 4 trường hợp tiềm năng và phát hiện ra các nguyên tử bị ion hóa mạnh – một dấu hiệu rõ ràng cho thấy có bức xạ năng lượng cao từ hố đen đang hoạt động.

Đồng thời, dấu vết của bụi silicat cũng cho thấy các sự kiện này nhiều khả năng liên quan đến các hố đen ‘ngủ yên’ vừa tỉnh dậy để ‘ăn nhẹ’ một ngôi sao. Mô phỏng máy tính sau đó đã xác nhận các quan sát của JWST hoàn toàn phù hợp với kịch bản TDE.

Phát hiện này không chỉ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các hố đen hoạt động trong môi trường nhiều bụi – vốn chiếm phần lớn vũ trụ, mà còn mở ra một phương pháp mới để ‘nhìn thấy’ những hố đen từ trước đến nay gần như vô hình.

Một sự kiện vũ trụ hiếm hoi và bí ẩn đã được phát hiện bởi các đài quan sát tia X trên Trái Đất, hé lộ về sự tồn tại của một loại “quái vật vũ trụ” mà các nhà khoa học từ lâu đã lý thuyết hóa nhưng chưa từng quan sát trực tiếp. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một nguồn tia X mạnh, được ký hiệu là HLX-1, nằm trong một thiên hà cách Trái Đất khoảng 450 triệu năm ánh sáng.

Sự kiện này là kết quả của một hiện tượng thiên văn cực kỳ hiếm gặp, được gọi là “gián đoạn thủy triều” (TDE), khi một lỗ đen có khối lượng trung bình thức giấc và bắt đầu “ăn thịt” một ngôi sao. Lỗ đen này được cho là có khối lượng trung gian, nằm giữa lỗ đen siêu khối lượng và lỗ đen khối lượng sao, với khối lượng nặng gấp 100-100.000 lần Mặt Trời.

Các nhà khoa học đã quan sát sự kiện HLX-1 vào năm 2009, ghi nhận nó tăng độ sáng gấp 100 lần vào năm 2012 và sau đó mờ đi vào năm 2023. Các quan sát này cho thấy lỗ đen này có thể đã gắn bó với một ngôi sao khổng lồ và đang dần “ăn” ngôi sao đó, dẫn đến các vụ bùng nổ lặp đi lặp lại.

Các nhà nghiên cứu hiện đang chờ đợi để xem liệu lỗ đen này có tiếp tục bùng phát nhiều lần nữa hay không. “Bây giờ chúng ta cần chờ xem liệu nó có bùng phát nhiều lần không, hay có một điểm khởi đầu, một đỉnh điểm, và bây giờ nó sẽ giảm dần cho đến khi biến mất,” nhà thiên văn học Roberto Soria thuộc Viện Vật lý thiên văn quốc gia Ý, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết.

Sự phát hiện này mang lại hy vọng mới cho việc nghiên cứu về sự hình thành của lỗ đen siêu khối lượng và giúp giải đáp các bí ẩn về vũ trụ. Việc nghiên cứu các sự kiện như HLX-1 có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về chu kỳ sống của các ngôi sao và lỗ đen, cũng như những tương tác phức tạp giữa chúng.

Thông tin chi tiết về nghiên cứu này có thể được tìm thấy tại các nguồn academic và các bài viết liên quan trên Nature, cung cấp một cái nhìn sâu sắc hơn về khám phá này và ý nghĩa của nó trong lĩnh vực thiên văn học hiện đại.

Một nghiên cứu gần đây từ Viện Công nghệ California (Mỹ) đã làm sáng tỏ vai trò của ngôi sao thứ ba trong vụ nổ siêu tân tinh, một hiện tượng vũ trụ lâu đời và phức tạp. Trong lĩnh vực thiên văn học, hình ảnh của sao lùn trắng, hay còn gọi là những ‘ma cà rồng vũ trụ’, đã trở nên quen thuộc. Chúng hút vật chất từ các ngôi sao đồng hành gần kề và quá trình này thường kết thúc bằng một vụ nổ siêu tân tinh hủy diệt cả hai thiên thể.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu để xác định 50 hệ ba sao chứa sao biến quang. Trong các hệ này, hai ngôi sao gần nhau tạo thành cặp chính, trong khi ngôi sao thứ ba quay ở khoảng cách xa hơn nhiều. Qua 2.000 mô phỏng máy tính, họ phát hiện ra rằng, trong khoảng 20% trường hợp, chính lực hấp dẫn từ ngôi sao thứ ba đã làm biến đổi quỹ đạo của cặp sao đôi, khiến chúng xích lại gần nhau mà không cần trải qua giai đoạn lớp vỏ khí chung như giả thuyết truyền thống.

Trước đây, các nhà thiên văn học tin rằng phần lớn các sao biến quang hình thành thông qua quá trình tiến hóa lớp vỏ chung. Theo đó, một ngôi sao phình to thành sao khổng lồ đỏ và bao phủ ngôi sao đồng hành. Khi hai ngôi sao tương tác, lớp vỏ này bị đẩy ra, để lại một sao lùn trắng quay quanh một sao đồng hành ở khoảng cách đủ gần để bắt đầu quá trình hút vật chất.

Tuy nhiên, phát hiện mới cho thấy mô hình này không phải là con đường duy nhất. Trong các mô phỏng của nhóm nghiên cứu, có đến 60% trường hợp lớp vỏ khí chung vẫn hình thành nhưng được kích hoạt bởi sự tác động của ngôi sao thứ ba. Chỉ khoảng 20% trường hợp còn lại là lớp vỏ khí hình thành theo cách truyền thống, không có sự góp mặt của ngôi sao thứ ba.

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu dự đoán có thể có tới 40% các biến thiên thảm khốc ngoài thực tế được hình thành từ hệ ba sao. Con số này cao hơn nhiều so với những gì dữ liệu quan sát từ Gaia từng ghi nhận. Lý do có thể đến từ việc nhiều ngôi sao thứ ba nằm quá xa hoặc có ánh sáng quá yếu để được phát hiện, thậm chí đã bị bật khỏi hệ do tác động hấp dẫn mạnh mẽ.

Dữ liệu cũng cho thấy, các hệ ba sao có quỹ đạo ngôi sao thứ ba lớn hơn 100 đơn vị thiên văn (100 lần khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời) có xu hướng dễ hình thành các biến quang hơn. Nhà nghiên cứu Kareem El-Badry chia sẻ: ‘Trong suốt 50 năm qua, giới thiên văn học đã sử dụng mô hình vỏ khí chung để giải thích sự hình thành sao biến quang. Nhưng giờ đây, chúng tôi phát hiện rằng rất nhiều hệ thống như vậy thực chất là sản phẩm của các tương tác ba sao’.

Phát hiện này mở ra một hướng nghiên cứu mới, thách thức những giả định lâu đời về sự tiến hóa của các hệ sao trong vũ trụ. Qua việc nghiên cứu sâu hơn về vai trò của ngôi sao thứ ba, các nhà khoa học có thể làm sáng tỏ thêm nhiều bí mật của vũ trụ và giúp hoàn thiện hơn lý thuyết về sự hình thành và tiến hóa của các hệ sao.

Một nghiên cứu mới đây đã đưa ra bằng chứng về vụ va chạm giữa hai hố đen với quy mô lớn nhất từ trước đến nay, được ký hiệu là GW231123. Sự kiện này được coi là vụ hợp nhất hố đen lớn nhất từng được ghi nhận, với mỗi hố đen có khối lượng gấp hàng trăm lần khối lượng Mặt Trời.

Nhóm các nhà thiên văn học sử dụng Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO) đã phát hiện ra vụ va chạm này. Những gợn sóng mờ nhạt trong không-thời gian sinh ra từ vụ va chạm giữa hai hố đen đã được quan sát thấy, được gọi là sóng hấp dẫn. Sóng hấp dẫn đã được dự đoán bởi Albert Einstein vào năm 1915 trong thuyết tương đối rộng, nhưng ông cho rằng chúng quá yếu nên các công nghệ của con người chưa thể phát hiện.

Đến năm 2016, LIGO lần đầu tiên ghi nhận được sóng hấp dẫn trong một vụ va chạm giữa hai hố đen. Kể từ lần phát hiện đầu tiên, LIGO cùng các thiết bị đồng hành, gồm Virgo ở Ý và KAGRA ở Nhật Bản, đã ghi nhận khoảng 300 vụ hợp nhất hố đen. Tuy nhiên, GW231123 là trường hợp đặc biệt trong số hơn 300 vụ hợp nhất đã được ghi nhận, không chỉ vì quy mô khổng lồ của vụ va chạm.

Các hố đen riêng lẻ này đặc biệt bởi chúng có khối lượng nằm trong khoảng mà các nhà khoa học không nghĩ rằng chúng được tạo ra từ cái chết của các ngôi sao. Chưa dừng lại ở đó, hai hố đen này còn có khả năng quay gần như với tốc độ tối đa cho phép về mặt vật lý. Điều này đặt ra một thách thức lớn đối với hiểu biết hiện tại của chúng ta về quá trình hình thành hố đen.

GW231123 cũng làm dấy lên nhiều câu hỏi về cơ chế hình thành hố đen. Theo thuyết tương đối rộng của Einstein, lực hấp dẫn là sự uốn cong của không-thời gian, buộc các vật thể phải di chuyển theo những đường cong trong không gian. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang gặp hạn chế về những thông tin mà sóng hấp dẫn có thể cung cấp.

Một trong những thông tin quan trọng mà các nhà khoa học vẫn chưa xác định được chính xác là khoảng cách của GW231123 so với Trái Đất. Hiện tại, ước tính khoảng cách này có thể lên đến 12 tỷ năm ánh sáng. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tự tin về khối lượng của hai hố đen, được ước tính lần lượt là gấp khoảng 100 và 140 lần khối lượng Mặt Trời.

Những con số này đã khiến giới khoa học bối rối, vì chúng nằm trong khoảng khối lượng mà các nhà khoa học cho rằng không thể hình thành hố đen theo cách thông thường. Do đó, câu hỏi đặt ra là chúng được hình thành bằng cách nào? Một đặc điểm đáng chú ý khác của GW231123 là tốc độ quay quanh nhau cực kỳ nhanh của hai hố đen.

Cho đến nay, phần lớn các hố đen mà chúng tôi phát hiện thông qua sóng hấp dẫn đều quay tương đối chậm. Điều này cho thấy GW231123 có thể được hình thành theo một cơ chế khác so với các vụ hợp nhất từng quan sát trước đó, hoặc cũng có thể là dấu hiệu cho thấy các mô hình hiện tại của chúng ta cần được điều chỉnh.

Theo Giáo sư Mark Hannam, tốc độ quay nhanh như vậy rất khó hình thành trong điều kiện thông thường nhưng lại củng cố giả thuyết rằng hai hố đen trong sự kiện này có thể đã trải qua những vụ hợp nhất trước đó vì hố đen từng hợp nhất thường có xu hướng quay nhanh hơn.

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra hơn một chục thiên hà ‘ngủ đông’ mà đã ngừng hình thành sao trong vòng một tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ Big Bang. Khám phá này, được thực hiện bằng dữ liệu từ Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), làm sáng tỏ một giai đoạn thú vị trong cuộc sống của các thiên hà đầu tiên và có thể cung cấp thêm manh mối về cách các thiên hà tiến hóa.

Có một số lý do khiến các thiên hà ngừng hình thành sao mới. Một trong số đó là sự hiện diện của các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của chúng. Những quái vật này phát ra bức xạ mạnh, làm nóng và làm giảm khí lạnh, thành phần quan trọng nhất cho sự hình thành sao. Ngoài ra, các thiên hà lân cận lớn hơn có thể làm giảm khí lạnh hoặc làm nóng nó, dẫn đến ngừng hình thành sao. Kết quả là, những thiên hà này có thể vẫn ở trạng thái ngủ đông vô thời hạn hoặc trở nên ‘bị triệt tiêu’.

Một lý do khác khiến các thiên hà trở nên không hoạt động là phản hồi sao. Đó là khi khí trong thiên hà được làm nóng và đẩy ra ngoài do các quá trình sao như siêu tân tinh, gió sao mạnh, hoặc áp lực liên quan đến ánh sáng sao. Thiên hà sau đó trải qua một giai đoạn ‘yên tĩnh’ tạm thời.

Điều này thường là một giai đoạn tạm thời, kéo dài khoảng 25 triệu năm, Alba Covelo Paz, sinh viên tiến sĩ tại Đại học Geneva và tác giả chính của nghiên cứu mới mô tả phát hiện, cho biết. Trong hàng triệu năm, khí đã bị đẩy ra sẽ rơi trở lại, và khí ấm sẽ làm mát lại. Khi có đủ khí lạnh, thiên hà có thể bắt đầu hình thành sao mới.

Trong khi giai đoạn ngủ đông thường được quan sát thấy ở các thiên hà gần đó, các nhà thiên văn học chỉ tìm thấy bốn thiên hà ngủ đông trong tỷ năm đầu tiên của vũ trụ. Ba trong số đó có khối lượng dưới một tỷ khối lượng mặt trời và một có khối lượng trên 10 tỷ khối lượng mặt trời. Các quan sát hạn chế và thuộc tính phân tán của các thiên hà ngủ đông không đủ để có cái nhìn rõ ràng về sự hình thành sao sớm.

Tuy nhiên, sử dụng dữ liệu quang phổ nhạy của JWST, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã phát hiện ra 14 thiên hà ngủ đông có khối lượng trong phạm vi rộng ở vũ trụ đầu tiên, cho thấy các thiên hà ngủ đông không bị giới hạn ở mức khối lượng thấp hoặc rất cao.

Các phát hiện này đã được tải lên cơ sở dữ liệu bản thảo arXiv vào ngày 27 tháng 6 và chưa được đánh giá đồng nghiệp.

Các nhà nghiên cứu không ngờ rằng họ sẽ thấy các thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên. Bởi vì những thiên hà này còn trẻ, chúng nên đang hình thành nhiều sao mới, các nhà thiên văn học đã nghĩ. Nhưng trong một bài báo năm 2024, các nhà nghiên cứu đã mô tả phát hiện đầu tiên về một thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên.

Sự khám phá đầu tiên về một thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên là một cú sốc vì thiên hà đó đã được quan sát trước đó với Hubble, nhưng chúng tôi không thể biết nó ngủ đông cho đến khi JWST, Paz cho biết.

Không giống như Kính viễn vọng không gian Hubble, công cụ NIRSpec của JWST có thể nhìn thấy ánh sáng từ những thiên hà này đã bị dịch chuyển về phía bước sóng hồng ngoại gần, và cũng cung cấp chi tiết quang phổ về nó.

Các nhà thiên văn học đã tò mò muốn biết tại sao các thiên hà đầu tiên ngừng hình thành sao và liệu điều này có phổ biến trong phạm vi rộng của khối lượng sao. Một giả thuyết là các thiên hà có sự bùng nổ hình thành sao và sau đó là giai đoạn yên tĩnh trước khi bắt đầu lại. Paz và nhóm của cô đã tìm kiếm các thiên hà đang ở giữa các vụ bùng nổ hình thành sao.

Họ đã sử dụng dữ liệu thiên hà có sẵn công khai trong Lưu trữ DAWN JWST.

Họ đã kiểm tra ánh sáng của khoảng 1.600 thiên hà, tìm kiếm dấu hiệu của sao mới không hình thành. Họ cũng tập trung vào các dấu hiệu rõ ràng của sao trung niên hoặc già trong ánh sáng của các thiên hà. Nhóm đã tìm thấy 14 thiên hà, có khối lượng từ khoảng 40 triệu đến 30 tỷ khối lượng mặt trời, đã ngừng hình thành sao.

Chúng tôi hiện đã tìm thấy 14 nguồn hỗ trợ quá trình bùng nổ này, và chúng tôi đã tìm thấy tất cả đều đã ngừng hình thành sao từ 10 đến 25 triệu năm trước khi chúng tôi quan sát chúng, Paz giải thích. Điều đó có nghĩa là 14 thiên hà này đã được tìm thấy để tuân theo hình thành sao theo kiểu ngừng-đi, thay vì liên tục hình thành sao, và chúng đã yên tĩnh trong ít nhất 10 đến 25 triệu năm.

Giai đoạn ngủ đông này cho thấy các thiên hà này có thể sẽ tiếp tục hình thành sao trong tương lai, nhưng vẫn còn sự không chắc chắn, Paz thêm. Chúng tôi không thể xác nhận nó chắc chắn vì chúng tôi không biết làm thế nào lâu họ sẽ vẫn ở trạng thái ngủ đông, và nếu họ tình cờ ở trạng thái ngủ đông thêm 50 triệu năm nữa, điều này sẽ cho thấy nguyên nhân của sự tắt của chúng là khác.

Tình huống này sẽ cho thấy các thiên hà này đã chết. Tuy nhiên, các thuộc tính hiện tại của các thiên hà này hỗ trợ một chu kỳ hình thành sao liên tục.

Bởi vì các thiên hà ngủ đông rất hiếm, vẫn còn nhiều điều bí ẩn về chúng. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học hy vọng các quan sát trong tương lai sẽ giúp làm sáng tỏ các nhà máy sao đang ngủ này. Một chương trình JWST sắp tới có tên là ‘Sleeping Beauties’ sẽ dành riêng cho việc khám phá các thiên hà ngủ đông trong vũ trụ đầu tiên, Paz cho biết. Chương trình này sẽ cho phép các nhà thiên văn học ước tính thời gian một thiên hà ở trạng thái yên tĩnh và giúp họ hiểu rõ hơn về quá trình hình thành sao liên tục.

Vẫn còn nhiều điều chưa biết đối với chúng tôi, nhưng chúng tôi đã tiến một bước gần hơn đến việc giải mã quá trình này, Paz cho biết.

Trong không gian bao la, vị trí của Trái Đất không đơn thuần là một sự sắp xếp ngẫu nhiên. Trên thực tế, để xác định vị trí và chuyển động của hành tinh chúng ta, các nhà thiên văn học dựa vào những tín hiệu vô tuyến cực kỳ yếu ớt phát ra từ các hố đen siêu lớn ở trung tâm của các thiên hà xa xôi. Những tín hiệu này, sau khi di chuyển hàng triệu năm ánh sáng, đóng vai trò như các ‘mốc tọa độ’ quan trọng giúp xác định vị trí, chuyển động và tốc độ quay của Trái Đất.

Quá trình thu nhận và xử lý những tín hiệu này liên quan đến kỹ thuật trắc địa vô tuyến. Thông qua việc sử dụng một mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến trên khắp thế giới, các tín hiệu yếu ớt từ vũ trụ được thu nhận và đồng bộ hóa. Dữ liệu thu được cung cấp thông tin cực kỳ chính xác cho các hệ thống định vị toàn cầu (GPS), điều hướng hàng không, theo dõi chuỗi cung ứng và giao dịch tài chính quốc tế.

Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ không dây như Wifi, smartphone và mạng 5G, 6G đang tạo ra một thách thức lớn cho ngành khoa học tiên tiến này. Sự gia tăng đáng kể của các thiết bị tiêu dùng đang chiếm dụng ngày càng nhiều dải phổ vô tuyến, gây ra sự nhiễu loạn nghiêm trọng đến tín hiệu thiên văn học. Các tín hiệu vô tuyến từ vũ trụ vốn dĩ rất yếu, trong khi tín hiệu nhân tạo trên Trái Đất lại mạnh hơn gấp hàng triệu lần, có khả năng làm mờ hoặc che khuất những tín hiệu mà kính viễn vọng cần thu nhận.

Các tần số vốn được dành riêng cho nghiên cứu thiên văn cũng đang đối mặt với nguy cơ bị rò rỉ tín hiệu từ các thiết bị điện tử hoặc bị phân bổ lại cho mục đích thương mại. Tình hình này đe dọa nghiêm trọng đến độ chính xác mà khoa học vũ trụ cần đạt được để duy trì các dịch vụ hiện đại mà xã hội đang phụ thuộc.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đề xuất việc thiết lập các ‘vùng im lặng vô tuyến’, nơi tín hiệu điện tử bị hạn chế nghiêm ngặt, hoặc xây dựng cơ chế bảo vệ các tần số dành riêng cho nghiên cứu. Tuy nhiên, việc quản lý phổ vô tuyến hiện được thực hiện theo từng quốc gia, khiến việc tìm kiếm một giải pháp toàn cầu trở nên phức tạp.

Trước sự phát triển không ngừng của công nghệ không dây, việc nâng cao nhận thức cộng đồng và xây dựng chính sách quản lý phổ sóng hợp lý trở nên cấp thiết. Nếu không có những giải pháp hiệu quả, khả năng con người có thể vẽ nên một bức tranh vũ trụ bị nhiễu sóng bởi chính những tiện nghi hiện đại mà chúng ta sử dụng hàng ngày là điều đáng lo ngại.

Giới khoa học đang nỗ lực tìm kiếm giải pháp để bảo vệ các tín hiệu vô tuyến yếu ớt từ vũ trụ, nhằm duy trì độ chính xác cần thiết cho các dịch vụ hiện đại. Hindustantimes đã đưa tin về thách thức này, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý phổ vô tuyến một cách hiệu quả để bảo vệ khoa học vũ trụ.