Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra nửa tá thiên hà hình thành trong một tỷ năm đầu tiên của vũ trụ, chặn một lỗ đen siêu lớn.

Ý tưởng của nghệ sĩ này cho thấy sáu thiên hà, mà các nhà thiên văn học cho rằng có thể chỉ là những thiên hà sáng nhất trong một nhóm lớn hơn, được tìm thấy bao quanh một lỗ đen siêu nặng trong vũ trụ sơ khai. Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu tìm thấy một nhóm thiên hà chặt chẽ như vậy ngay sau Vụ nổ lớn.

Các nhà thiên văn học từ lâu đã phải vật lộn để hiểu làm thế nào các lỗ đen siêu lớn có thể hình thành trong vũ trụ sơ khai. Họ biết những người khổng lồ vũ trụ này cần phải phát triển cực kỳ nhanh để đạt được trạng thái siêu lớn của chúng một cách nhanh chóng (trong vòng khoảng 1 tỷ năm sau Vụ nổ lớn). Nhưng chính xác nơi họ tìm thấy một lượng lớn vật chất để nuốt chửng vẫn chưa rõ ràng.

Giờ đây, những phát hiện mới từ Kính viễn vọng Rất lớn của Đài thiên văn Nam châu Âu (VLT), được công bố vào ngày 1 tháng 10 trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn, có thể cung cấp câu trả lời.

Sáu thiên hà trường học cũ mới được phát hiện nằm trong một mạng lưới khí khổng lồ — trải dài khoảng 300 lần đường kính của Dải Ngân hà — và được quan sát thấy nhờ các quan sát mở rộng của VLT. Sau khi phân tích dữ liệu, các nhà nghiên cứu xác định rằng họ đang nhìn thấy những thiên hà này khi chúng tồn tại chỉ 900 triệu năm sau Vụ nổ lớn, khi vũ trụ mới hơn 6% so với tuổi hiện tại. Đây là lần đầu tiên một nhóm thiên hà gần nhau như vậy được tìm thấy trong vòng một tỷ năm đầu tiên của vũ trụ.

Thêm vào đó, ở trung tâm của hố mosh thiên hà là một lỗ đen siêu lớn có khối lượng gấp khoảng 1 tỷ lần Mặt trời. “[Hố đen siêu khối lượng trong vũ trụ sơ khai] là những hệ thống cực đoan, và cho đến nay, chúng tôi chưa có lời giải thích xác đáng nào cho sự tồn tại của chúng,” tác giả chính Marco Mignoli cho biết trong một thông cáo báo chí của ESO.

Nuôi một lỗ đen

Các nhà khoa học biết rằng có một giới hạn về tốc độ phát triển của lỗ đen: giới hạn Eddington. Nhưng trong khi điều đó đóng một vai trò trong việc hình thành các lỗ đen siêu lớn trong vũ trụ sơ khai, thì câu hỏi thực sự mà các nhà khoa học đang phải vật lộn là truy tìm nơi đầu tiên các lỗ đen sơ khai cung cấp thức ăn cho chúng.

Chìa khóa có thể liên quan đến mạng lưới vũ trụ rộng lớn của vũ trụ. Cấu trúc phổ quát (theo nghĩa đen) này được dệt xuyên suốt toàn bộ vũ trụ, kết nối các thiên hà xa xôi, cụm thiên hà và siêu cụm thiên hà thông qua các luồng khí yếu được gọi là sợi.

Các tác giả đằng sau nghiên cứu mới cho rằng lỗ đen siêu lớn của chúng và các thiên hà xung quanh nó, được đặt tên là SDSS J1030+0524, có khả năng được cung cấp năng lượng bằng khí được dự trữ trong một nút thắt rối rắm của các sợi tơ vũ trụ.

Mignoli cho biết: “Các sợi mạng vũ trụ giống như các sợi mạng nhện. “Các thiên hà đứng vững và phát triển ở nơi các dây tóc giao nhau, và các dòng khí — có sẵn để cung cấp năng lượng cho cả các thiên hà và lỗ đen siêu nặng ở trung tâm — có thể chảy dọc theo các dây tóc.”

Nhưng điều đó chỉ đẩy câu hỏi trở lại xa hơn. Làm thế nào mà những sợi tóc đầu tiên có được khí của họ? Các nhà thiên văn học cho rằng câu trả lời đó có thể liên quan đến một bí ẩn thiên văn lâu đời khác: vật chất tối.

Trong vũ trụ sơ khai, vật chất bình thường quá nóng để thực sự dính vào nhau và hình thành các vật thể bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn như lỗ đen và các thiên hà. Nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng vật chất tối có thể lạnh hơn rất nhiều so với vật chất bình thường. Điều này có nghĩa là vật chất tối có thể kết tụ lại với nhau trong vũ trụ sơ khai, tạo thành những cấu trúc khổng lồ được gọi là quầng vật chất tối. Lực hấp dẫn từ những cấu trúc tối này sẽ quay cuồng trong vật chất bình thường, thu hút một lượng khí khổng lồ cho phép các thiên hà và lỗ đen đầu tiên bén rễ.

Các thiên hà được phát hiện trong nghiên cứu mới này cũng là một trong số những thiên hà mờ nhạt nhất từng được quan sát, điều đó có nghĩa là có thể còn nhiều thiên hà khác đang ẩn nấp trong khu vực.

Đồng tác giả nghiên cứu Barbara Balmaverde cho biết: “Chúng tôi tin rằng mình mới chỉ nhìn thấy phần nổi của tảng băng trôi và một vài thiên hà được phát hiện cho đến nay xung quanh lỗ đen siêu lớn này chỉ là những thiên hà sáng nhất.