Lỗ đen siêu lớn đối mặt với sự tăng trưởng chậm lại do thiếu khí lạnh

Sự phát triển của các lỗ đen siêu lớn đã chậm lại đều đặn trong mười tỷ năm qua. Các nhà nghiên cứu đi đến kết luận này sau khi phân tích dữ liệu từ khoảng 1,3 triệu thiên hà và 8.000 lỗ đen đang hoạt động. Nguyên nhân chính là do lượng khí lạnh sẵn có, loại nhiên liệu mà các vật thể này tiêu thụ để tăng khối lượng của chúng bị giảm đi.

Các lỗ đen siêu lớn có khối lượng tương đương hàng triệu hoặc hàng tỷ lần khối lượng Mặt trời và nằm ở trung tâm của hầu hết các thiên hà, bao gồm cả Dải Ngân hà. Lực hấp dẫn mãnh liệt của nó ảnh hưởng đến sự hình thành sao và sự phát triển của các thiên hà. Sự phát xạ tia X từ khí nóng gần chân trời sự kiện đóng vai trò là một chỉ số về tốc độ bồi tụ, tức là tốc độ mà lỗ đen tiêu thụ vật chất.

Lỗ đen siêu lớn là gì

Một lỗ đen siêu lớn tập trung khối lượng cực lớn vào một thể tích rất nhỏ. Không có gì thoát khỏi chân trời sự kiện của nó, kể cả ánh sáng. Những vật thể này gây ảnh hưởng đến khí và các ngôi sao xung quanh, ảnh hưởng đến sự phát triển của thiên hà chủ trong hàng tỷ năm.

Hầu hết các thiên hà đều có một lỗ đen siêu lớn ở lõi của chúng. Trong trường hợp của Dải Ngân hà, vật thể trung tâm có khối lượng ước tính gấp khoảng bốn triệu lần khối lượng Mặt trời. Các nghiên cứu cho thấy những người khổng lồ này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của sao và động lực của khí giữa các vì sao.

Thời kỳ cao điểm của hoạt động vũ trụ

Khoảng mười tỷ năm trước, vũ trụ đã trải qua một giai đoạn được gọi là buổi trưa vũ trụ. Vào thời điểm này, cả quá trình hình thành sao và sự phát triển của lỗ đen đều đạt mức cao nhất trong lịch sử vũ trụ. Các thiên hà có trữ lượng lớn khí lạnh, thúc đẩy cả sự ra đời của các ngôi sao mới và sự bồi tụ thành các hạt nhân hoạt động.

Các quan sát tia X từ các kính thiên văn như Chandra, XMM-Newton và eROSITA giúp có thể so sánh hoạt động của các lỗ đen ở các thời điểm khác nhau. Cường độ phát xạ tia X biểu thị trực tiếp mức độ tiêu thụ vật chất. Vào buổi trưa vũ trụ, hoạt động này mạnh hơn nhiều so với hiện nay.

Nguyên nhân chính của sự chậm lại

Sự cạn kiệt dần dần của các kho chứa khí lạnh trong các thiên hà giải thích cho sự giảm tốc độ tăng trưởng. Theo thời gian, khí có sẵn được chuyển đổi thành các ngôi sao, bị trục xuất bởi các vụ nổ siêu tân tinh hoặc bị đốt nóng và loại bỏ bởi gió và các tia năng lượng từ chính các lỗ đen. Nếu không được bổ sung hiệu quả, vật liệu cung cấp nhiên liệu cho hạt nhân hoạt động sẽ giảm đi.

• Sự hình thành sao tiêu thụ khí liên sao với số lượng lớn
• Vụ nổ siêu tân tinh nóng lên và giải phóng một phần khí còn lại
• Các tia và bức xạ từ lỗ đen quét sạch vật chất khỏi các vùng trung tâm
• Khí lạnh ít hơn dẫn đến tốc độ bồi tụ thấp hơn
• Quá trình ảnh hưởng đến cả sự hình thành sao và sự phát triển của lỗ đen

Trình tự này cho thấy các thiên hà mất khả năng duy trì hoạt động cường độ cao theo thời gian như thế nào. Tốc độ bồi tụ trung bình đã giảm đáng kể kể từ buổi trưa vũ trụ.

Leia Tambem

Những bộ phim hài lãng mạn và bí ẩn sẽ xuất hiện trên Netflix vào tháng 6 với Office Passion và Oasis

Uruguay công bố danh sách đội tuyển dự World Cup 2026 có 6 cầu thủ Brazil

Khi nào World Cup 2026 bắt đầu? Ngày, giờ, trận đấu đầu tiên và lễ khai mạc

Dữ liệu được lấy như thế nào

Các nhà thiên văn học đã kết hợp thông tin từ nhiều đài quan sát tia X để lập bản đồ hoạt động của hàng nghìn lỗ đen ở những khoảng cách và thời gian khác nhau. Phân tích bao gồm khoảng 8.000 vật thể đang hoạt động và có thể tách biệt các tác động của khối lượng, số lượng lỗ đen đang phát triển và tốc độ tiêu thụ riêng lẻ.

Kết quả chỉ ra rằng sự chậm lại chính đến từ sự sụt giảm tốc độ bồi tụ trên mỗi lỗ đen, chứ không chỉ do việc giảm số lượng vật thể hoạt động hoặc khối lượng trung bình của chúng. Sự phát xạ tia X yếu hơn ngày nay trực tiếp phản ánh mức tiêu thụ vật chất thấp hơn. Các nghiên cứu kết hợp với quan sát ở các dải bước sóng khác củng cố kịch bản thiếu nhiên liệu.

Tác động đến sự tiến hóa của các thiên hà

Với ít khí lạnh hơn, các thiên hà hình thành ít sao hơn và có ít lõi phát sáng hơn. Nhiều thiên hà trở nên đỏ hơn và nghèo khí hơn, bước vào giai đoạn hoạt động giảm dần. Các lỗ đen siêu lớn vẫn tồn tại nhưng hầu hết thời gian phát triển chậm hoặc gần như trì trệ.

Tình huống này góp phần tạo nên một vũ trụ ít hỗn loạn hơn so với thời trẻ của anh ấy. Về lâu dài, vũ trụ có xu hướng bị thống trị bởi các ngôi sao già, các hành tinh mồ côi và các lỗ đen với khối lượng đã được củng cố. Các quan sát giúp vẽ nên một bức tranh về lịch sử vũ trụ và số phận tương lai của các công trình quy mô lớn.

Quan điểm cho những quan sát mới

Các kính thiên văn hiện tại và tương lai phải tiếp tục lập bản đồ hoạt động trong tia X và các dải khác để cải tiến các mô hình tiến hóa. Việc kết hợp dữ liệu từ nhiều thiết bị giúp có thể kiểm tra các giả thuyết khác nhau về mức tiêu thụ vật chất và phản hồi năng lượng của các lỗ đen trên các thiên hà chủ của chúng.

Các kết quả gần đây củng cố mối liên hệ giữa nguồn cung cấp khí và tốc độ tăng trưởng của cả các ngôi sao và lỗ đen. Chúng đưa ra những manh mối về cách vũ trụ chuyển từ trạng thái hoạt động sang trạng thái tĩnh lặng hơn như quan sát thấy ngày nay.