Phát hiện kho kim loại quanh hố đen siêu khối lượng của Dải Ngân hà

Phát hiện mới có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn nguồn gốc của những nguyên tố cấu thành Trái Đất, đồng thời mở ra thêm manh mối về một câu hỏi lâu nay: Vì sao hố đen gần chúng ta lại hút vật chất chậm và ít hơn nhiều hố đen siêu khối lượng khác?

Kính viễn vọng không gian James Webb chụp trung tâm Dải Ngân hà, năm 2023. (Ảnh: NASA)

Trong thiên văn học, thuật ngữ "kim loại" được dùng để chỉ mọi nguyên tố nặng hơn hydro và heli, chứ không chỉ những kim loại theo cách hiểu thông thường. Nhóm nguyên tố này bao gồm carbon, oxy, sắt và vàng.

Nhiều nguyên tố nặng được hình thành thông qua các quá trình hạt nhân trong những ngôi sao ở giai đoạn cuối vòng đời. Sau đó, chúng được giải phóng vào không gian, hòa trộn với vật chất xung quanh và trở thành nguyên liệu để hình thành những thế hệ sao mới.

Điều đáng chú ý là các kim loại được Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) phát hiện quanh hố đen trung tâm Dải Ngân hà có thành phần tương tự những nguyên tố tìm thấy trong một số ngôi sao lân cận. Sự tương đồng này gợi ý rằng khí và các ngôi sao ấy có thể hình thành trong cùng một giai đoạn lịch sử.

Những kết quả mới được công bố ngày 19/10 trên tạp chí The Astronomical Journal, tiếp nối một nghiên cứu trước đó được đăng trên The Astrophysical Journal hồi tháng 5.

Giải mã vì sao hố đen trung tâm Dải Ngân hà hút vật chất chậm

Hố đen siêu khối lượng nằm ở trung tâm Dải Ngân hà là một trong những đối tượng được giới thiên văn quan tâm, nhưng cách nó tiếp nhận vật chất vẫn còn nhiều điều chưa được giải thích đầy đủ.

Nicole Ford, tác giả chính của nghiên cứu mới và là nghiên cứu sinh tiến sĩ vật lý thiên văn tại Đại học McGill (Canada), cho biết hố đen này hút vật chất với tốc độ thấp hơn đáng kể so với nhiều hố đen siêu khối lượng khác.

"Chúng ta biết rằng có một hố đen ở trung tâm thiên hà của mình đang hút vật chất vào, nhưng chúng ta thấy rằng nó nuốt ít vật chất hơn nhiều so với các hố đen siêu khối lượng khác và chậm hơn", Ford cho biết.

Theo nhà nghiên cứu, để hiểu nguyên nhân, các nhà khoa học cần xem xét những đặc tính của vật chất nằm trong vùng lân cận hố đen, bao gồm khí, bụi và các ngôi sao đang quay quanh nó.

Đây là lúc JWST phát huy vai trò. Kính viễn vọng này hoạt động gần điểm Lagrange 2, cách Trái Đất khoảng 1,5 triệu km về phía đối diện với Mặt Trời. Từ vị trí đó, thiết bị có thể quan sát vũ trụ bằng các bước sóng hồng ngoại, qua đó thu thập thông tin về những vùng không gian bị bụi che khuất hoặc khó quan sát bằng các phương pháp khác.

Trong nghiên cứu mới, JWST ghi nhận dấu hiệu nhiệt của những đám mây khí đang chuyển động gần hố đen, đồng thời giúp các nhà khoa học xác định thành phần kim loại bên trong chúng.

Kim loại có thể ảnh hưởng đến cách khí rơi vào hố đen

Việc phát hiện lượng kim loại đáng kể quanh hố đen không chỉ giúp làm rõ thành phần vật chất ở trung tâm thiên hà mà còn có ý nghĩa đối với việc nghiên cứu hoạt động của hố đen.

Theo các nhà nghiên cứu tại Đại học McGill, hàm lượng kim loại có thể ảnh hưởng đến tốc độ khí mất nhiệt. Khi nhiệt độ và trạng thái của khí thay đổi, khả năng vật chất bị hút vào hố đen cũng có thể thay đổi theo.

Điều này khiến thành phần hóa học của các đám mây khí trở thành một yếu tố quan trọng khi tìm hiểu vì sao một số hố đen hút vật chất mạnh mẽ, trong khi những hố đen khác lại hoạt động tương đối yếu.

Phát hiện cũng có thể giúp giới khoa học hiểu rõ hơn cách các nguyên tố nặng phân bố quanh những hố đen siêu khối lượng trong các thiên hà xa xôi. Xa hơn, việc nghiên cứu quá trình hình thành và phân tán kim loại trong vũ trụ có thể cung cấp thêm thông tin về nguồn gốc những nguyên tố hiện diện trên Trái đất.

Tuy nhiên, phát hiện này chưa đủ để giải thích vì sao hố đen trung tâm Dải Ngân hà hút vật chất chậm hơn những hố đen khác. Nó chủ yếu bổ sung dữ liệu về thành phần và đặc tính của nguồn vật chất xung quanh hố đen, giúp các nhà khoa học có thêm cơ sở để kiểm tra những giả thuyết hiện có.

Vì sao lượng khí phát ra chưa phản ánh đầy đủ hoạt động của hố đen?

Một nghiên cứu trước đó được công bố trên The Astrophysical Journal cho thấy lượng khí phát ra gần hố đen có thể chịu ảnh hưởng từ các điều kiện bên trong những đám mây khí tại khu vực này.

Điều đó đặt ra một vấn đề quan trọng: các nhà khoa học không thể chỉ dựa vào lượng khí quan sát được để suy ra chính xác mức độ hoạt động của hố đen. Những đặc tính của môi trường xung quanh cũng có thể tác động đến tín hiệu mà kính viễn vọng ghi nhận.

Những quan sát mới của JWST vì thế mở rộng hiểu biết về môi trường vật chất gần hố đen trung tâm Dải Ngân hà, đồng thời cho thấy cần xem xét cả thành phần hóa học lẫn điều kiện vật lý của khí khi nghiên cứu quá trình bồi tụ vật chất.

Dù chưa giải đáp được toàn bộ bí ẩn về cách hố đen này hoạt động, phát hiện mới cung cấp thêm một mảnh ghép quan trọng để các nhà thiên văn từng bước tìm hiểu mối liên hệ giữa thành phần vật chất, sự nguội đi của khí và tốc độ phát triển của những hố đen siêu khối lượng trong vũ trụ.