Quá trình vật chất tối biến đổi các lỗ đen siêu lớn thành các quasar năng lượng cao đã diễn ra trong suốt lịch sử, có tác động đến quá trình tiến hóa trong quá khứ của vũ trụ. Có một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của mọi thiên hà. Sau khi vượt quá một kích thước nhất định, những lỗ đen này sẽ hoạt động, phát ra một lượng lớn bức xạ và được gọi là chuẩn tinh. Người ta cho rằng việc kích hoạt các chuẩn tinh này là do sự hiện diện của các quầng vật chất tối khổng lồ (DMH) xung quanh các thiên hà, chúng hút vật chất về phía trung tâm thiên hà và cung cấp năng lượng cho lỗ đen.
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Tokyo đã phát hiện ra rằng các chuẩn tinh, chịu ảnh hưởng của quầng vật chất tối xung quanh, có mô hình kích hoạt nhất quán trong suốt lịch sử của vũ trụ. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết mới về sự hình thành và phát triển của lỗ đen cũng như sự tiến hóa rộng hơn của vũ trụ.
Một nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Đại học Tokyo đã khảo sát hàng trăm chuẩn tinh cổ đại lần đầu tiên và nhận thấy rằng hành vi này nhất quán đáng kể trong suốt lịch sử. Điều này thật đáng ngạc nhiên vì nhiều quá trình quy mô lớn thay đổi trong suốt vòng đời của vũ trụ, do đó cơ chế kích hoạt của các quasar có thể có ý nghĩa đối với sự tiến hóa của toàn bộ vũ trụ.
Đo quầng vật chất tối
Đo khối lượng của quầng vật chất tối không phải là điều dễ dàng; nó nổi tiếng là một chất khó nắm bắt, và "vật chất" là một cách nói nhẹ nhàng vì tính chất thực sự của nó vẫn chưa được biết đến. Chúng ta chỉ biết nó tồn tại nhờ ảnh hưởng hấp dẫn của nó lên các cấu trúc lớn như các thiên hà. Do đó, vật chất tối chỉ có thể được đo bằng cách xem xét ảnh hưởng hấp dẫn của nó lên vạn vật. Điều này bao gồm cách vật chất tối kéo hoặc ảnh hưởng đến chuyển động của vật thể hoặc hiệu ứng thấu kính (bẻ cong ánh sáng) của vật thể phía sau vùng giống vật chất tối.
Ở khoảng cách xa hơn, thử thách này càng trở nên lớn hơn vì ánh sáng từ các hiện tượng cũ hơn, xa hơn có thể rất mờ nhạt. Nhưng điều đó không ngăn được Giáo sư Nobuge Kashiwagawa thuộc Khoa Thiên văn học và nhóm của ông cố gắng trả lời một câu hỏi lâu đời trong thiên văn học: Lỗ đen được sinh ra và phát triển như thế nào?
Các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm đến việc khám phá các câu hỏi liên quan đến lỗ đen siêu lớn, loại lỗ đen lớn nhất tồn tại ở trung tâm của mọi thiên hà. Việc nghiên cứu chúng sẽ rất khó khăn nếu không có thực tế là một số lỗ đen siêu lớn nặng đến mức chúng bắt đầu phóng ra những tia vật chất hoặc quả cầu bức xạ cực mạnh, trong cả hai trường hợp đều trở thành cái mà chúng ta gọi là chuẩn tinh. Những chuẩn tinh này mạnh đến mức ngày nay chúng ta có thể quan sát chúng bằng công nghệ hiện đại, thậm chí từ khoảng cách rất xa.
Kết quả và ý nghĩa nghiên cứu
Kashiwakawa cho biết: “Lần đầu tiên chúng tôi đã đo được khối lượng điển hình của quầng vật chất tối bao quanh một lỗ đen đang hoạt động trong vũ trụ khoảng 13 tỷ năm trước”. "Chúng tôi thấy rằng khối lượng DMH của các quasar rất ổn định, gấp khoảng 10 nghìn tỷ lần khối lượng mặt trời. Chúng tôi đã thực hiện các phép đo DMH mới hơn xung quanh các quasar, và những phép đo này rất giống với các phép đo mà chúng tôi thấy ở các chuẩn tinh cũ hơn. Điều đó thật thú vị, bởi vì nó cho thấy có một khối lượng DMH đặc trưng dường như kích hoạt các quasar, cho dù chúng xảy ra hàng tỷ năm trước hay bây giờ." "
Quar ở khoảng cách rất xa xuất hiện mờ nhạt vì ánh sáng rời khỏi chúng từ lâu đã bị trải ra, hấp thụ bởi vật liệu can thiệp và bị kéo dài thành bước sóng hồng ngoại gần như vô hình do sự giãn nở lâu dài của vũ trụ. Vì vậy, Hashikawa và nhóm của ông bắt đầu khảo sát bầu trời vào năm 2016 bằng nhiều loại thiết bị khác nhau, trong đó quan trọng nhất là Kính viễn vọng Subaru của Nhật Bản ở Hawaii, Mỹ.
Kashiwakawa cho biết: "Kính thiên văn Subaru nâng cấp có thể nhìn xa hơn trước, nhưng chúng ta có thể tìm hiểu nhiều hơn bằng cách mở rộng các dự án quan sát quốc tế. Đài thiên văn Vera-C-Rubin ở Hoa Kỳ và thậm chí cả Liên minh Châu Âu sẽ ra mắt trong năm nay. Vệ tinh Euclid đặt trên không gian sẽ quét một khu vực rộng hơn trên bầu trời và khám phá thêm DMH xung quanh các chuẩn tinh. Điều này có thể giúp chúng ta hiểu được lỗ đen hình thành và phát triển như thế nào."