Hàng triệu năm trước, vụ nổ lớn nhất trong Vũ trụ đã biết đã xé toạc cụm thiên hà Xà Phu. Khám phá của nó thách thức quan điểm của chúng ta về các cụm như vậy.
Để biết thêm về khám phá này, hãy đọc câu chuyện của chúng tôi về việc ghi lại vụ nổ lớn nhất trong Vũ trụ.
Tiến sĩ Simona Giacintucci là nhà vật lý thiên văn và nhà thiên văn vô tuyến dân sự tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ ở Washington DC.
Chúng tôi đã nói chuyện với Tiến sĩ Giacintucci để tìm hiểu thêm về sự kiện đáng kinh ngạc này và cách cô ấy tham gia vào việc khám phá ra nó.
Đọc thêm: làm thế nào để các nhà thiên văn đo khoảng cách trong không gian?
Chúng tôi quyết định xem xét cụm thiên hà Xà Phu sau một bài báo xuất bản năm 2016 của Norbert Werner và cộng sự đã báo cáo một đường cong bí ẩn, có cạnh sắc nét trong hình ảnh tia X của cụm được chụp bằng Đài quan sát tia X Chandra của NASA.
Tính năng này nằm ở khí nóng giữa các thiên hà lấp đầy cụm thiên hà, nơi mật độ của khí giảm đột ngột.
Bài báo đó đã xem xét ngắn gọn rằng cạnh này có thể là bức tường của một bong bóng khổng lồ được thổi bởi một tia từ lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của cụm thiên hà.
Tuy nhiên, khi ước tính cần bao nhiêu năng lượng để thổi một bong bóng khổng lồ như vậy, họ cho rằng nó quá lớn để có thể tin được. Chúng tôi muốn điều tra điều này hơn nữa.
Chúng tôi đã phát hiện ra rằng một nguồn sóng vô tuyến mở rộng lớn nằm ngay bên cạnh cạnh cong.
Sự phát xạ vô tuyến này đến từ các hạt nhanh bên trong bong bóng, mà chúng tôi tin rằng chúng bắt nguồn từ lỗ đen siêu nặng ở trung tâm và được vận chuyển đi bằng một tia phản lực.
Máy bay phản lực khoan qua khí giữa các thiên hà và ở một khoảng cách nào đó từ lỗ đen, thổi một bong bóng khổng lồ trong khí, tiêu tốn một lượng năng lượng khổng lồ và lấp đầy nó bằng các hạt phát ra sóng vô tuyến.
Phát xạ vô tuyến kể chuyện này xác nhận một giả thuyết trước đây được coi là không hợp lý; rằng chúng ta đang nhìn thấy tàn dư của một vụ phun trào khổng lồ từ lỗ đen.
Nếu lỗ hổng không được lấp đầy bởi phát xạ vô tuyến, thì đó có thể là một số đặc điểm khác liên quan đến chuyển động của khí giữa các thiên hà.
Dải bầu trời chứa Xà Phu đã được khảo sát bởi kính viễn vọng vô tuyến mạnh mẽ của Úc, Murchison Widefield Array (MWA).
Chúng tôi đã phủ hình ảnh MWA lên hình ảnh X-quang của Xà Phu và tìm thấy một nguồn vô tuyến mở rộng nổi bật ngay bên cạnh rìa tia X.
Sau đó, chúng tôi đã xem xét dữ liệu từ Đài quan sát Kính viễn vọng Vô tuyến Mét khổng lồ ở Ấn Độ, nơi tạo ra hình ảnh sắc nét hơn. Nó cho thấy rất rõ ràng rằng nguồn vô tuyến mở rộng phù hợp với cạnh tia X giống như một bàn tay trong một chiếc găng tay.
Năng lượng được giải phóng gấp khoảng một tỷ lần năng lượng của một vụ nổ siêu tân tinh mạnh.
Vụ nổ đã tạo ra một lỗ hổng lớn trong khí giữa các thiên hà. Đường kính của bong bóng này là 1,5 triệu năm ánh sáng – nó sẽ vừa với 15 thiên hà của Dải Ngân hà liên tiếp.
Bong bóng chỉ được nhìn thấy ở tần số vô tuyến thấp, ngụ ý rằng vụ nổ đã xảy ra từ lâu, có thể là vài trăm triệu năm khi các hạt siêu năng lượng mất năng lượng sau khi chúng bị lỗ đen đẩy ra.
Phát xạ vô tuyến của chúng bắt đầu mờ dần ở tần số cao trước, nhưng vẫn có thể nhìn thấy ở tần số thấp trong một thời gian.
Có vẻ như lỗ đen hiện tại không có hoạt động mạnh mẽ nào và tất cả những gì còn lại từ vụ nổ khổng lồ đó là hóa thạch vô tuyến khổng lồ chứa đầy các hạt già cỗi này.
Lỗ đen bồi đắp vật chất xung quanh, xoắn ốc vào trong và tạo thành một đĩa rất nóng.
Ngay trước khi nó bị lỗ đen nuốt chửng, một số vật chất từ đĩa bị chuyển hướng ra khỏi lỗ đen dưới dạng các tia chuyển động gần như với tốc độ ánh sáng.
Thỉnh thoảng, một thứ gì đó lớn rơi vào lỗ đen – giống như một đám mây khí liên thiên hà lớn, hoặc thậm chí là một thiên hà – và điều này gây ra sự tăng đột biến lớn trong phản lực.
Chúng tôi nghĩ đây là điều đã xảy ra ở Xà Phu.
Khám phá này thách thức sự hiểu biết của chúng ta về các cụm thiên hà. Chúng ta từng nghĩ rằng các cụm rất lớn và đồ sộ đến mức chúng chỉ bị chi phối bởi lực hấp dẫn.
Hóa thạch khổng lồ của một vụ nổ mà chúng tôi tìm thấy lớn hơn nhiều so với bất kỳ thứ gì chúng tôi mong đợi – không đáng kể đối với sản lượng năng lượng tổng thể của cụm sao.
Nếu những ‘khủng long’ như vậy xuất hiện trong các cụm khác thì chúng ta sẽ phải suy nghĩ lại rất nhiều điều về tính chất vật lý của các cụm thiên hà và cách chúng được sử dụng trong các nghiên cứu về Vũ trụ.
Cuộc phỏng vấn này ban đầu xuất hiện trong số tháng 7 năm 2020 của Tạp chí BBC Sky at Night .