Một nghiên cứu trên tạp chí Nature Astronomy tiết lộ sự đồng tiến hóa đồng bộ của các lỗ đen siêu lớn và các thiên hà chủ của chúng được thúc đẩy bởi nguồn cung cấp khí chung. Sự tiến hóa này nhất quán giữa các loại thiên hà khác nhau. Nghiên cứu đột phá này cung cấp những hiểu biết quan trọng để tìm hiểu động lực học của lỗ đen và thiên hà và định hình nghiên cứu trong tương lai.

Bằng cách phân tích dữ liệu từ gần 11.500 nhân thiên hà đang hoạt động, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy mối quan hệ nhất quán giữa khối lượng lỗ đen và khối lượng sao của các loại thiên hà khác nhau.

Nghiên cứu này được đồng hoàn thành bởi Tiến sĩ Zhuang Mingyang, người đã tốt nghiệp Đại học Bắc Kinh năm 2022 và hiện liên kết với Đại học Illinois tại Urbana-Champaign, và Giáo sư Lui He từ Viện Thiên văn học và Vật lý thiên văn Kavli tại Đại học Bắc Kinh. Họ đã thu được cấu trúc và đặc tính trắc quang của gần 11.500 thiên hà chủ có độ dịch chuyển đỏ ≤ 0. Sử dụng dữ liệu từ khảo sát Pan-STARRS13PISTeradian, họ đã thu được cấu trúc và đặc tính trắc quang của gần 11.500 thiên hà chủ có độ dịch chuyển đỏ ≤ 0. Đại học Bắc Kinh là đơn vị hợp tác chính của bài báo này. Nghiên cứu có tựa đề “Con đường tiến hóa của các hạt nhân thiên hà đang hoạt động và các thiên hà chủ của chúng” đã được công bố gần đây trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên.

Mối liên hệ chặt chẽ được quan sát thấy giữa khối lượng của một lỗ đen siêu lớn và các đặc tính của thiên hà chủ của nó đã mê hoặc các nhà thiên văn học từ lâu. Tuy nhiên, hiện tại vẫn chưa có sự đồng thuận về mối quan hệ giữa lỗ đen và các thiên hà phát sinh và tiến hóa theo thời gian như thế nào. Mối liên hệ cụ thể giữa khối lượng lỗ đen và đặc tính của thiên hà chủ AGN trong vũ trụ gần đó vẫn còn khó nắm bắt.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng bất kể loại thiên hà nào, mối quan hệ giữa khối lượng lỗ đen và khối lượng sao đều tương tự như mối quan hệ giữa các lỗ đen tích cực bồi tụ các thiên hà. Hơn nữa, vị trí của một thiên hà trong mối quan hệ này dường như có liên quan đến mức độ hình thành sao và hoạt động bồi tụ của lỗ đen.

Bên trái: Con đường tiến hóa của một vật thể trên mặt phẳng khối lượng sao của lỗ đen hướng tới z=0. Con đường tiến hóa được thể hiện bằng hướng và chiều dài của mỗi mũi tên. Các hình bầu dục màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam đại diện cho các vị trí điển hình của chuẩn tinh z≳6 và các vật thể bị nghi ngờ là không đủ lớn đối với các lỗ đen, bao gồm các thiên hà z≈2 dưới milimet (SMG) và các thiên hà phát quang hồng ngoại (LIRG) gần đó và các thiên hà đường hẹp Seyfert 1 (NLS1). Các đường màu đen biểu thị vị trí của các thiên hà địa phương có lỗ đen không hoạt động (đã chết). Phải: Hình ảnh sai màu Pan-STARRS1 của bốn AGN loại 1 có độ lệch đỏ thấp được phân tích trong nghiên cứu này. Nguồn: Đại học Bắc Kinh

Dr. Zhuang cho biết: "Kết quả của chúng tôi tiết lộ quỹ đạo tiến hóa của các thiên hà trên mặt phẳng khối lượng sao-lỗ đen. Quá trình đồng tiến hóa của các thiên hà và lỗ đen trung tâm của chúng dường như đồng bộ trên quy mô thời gian dài. Các thiên hà có lỗ đen siêu lớn được tạo ra bởi nhiều ngôi sao bắt kịp hơn. Lỗ đen mỏng hơn cho phép lỗ đen ăn nhiều hơn. Cuối cùng, cả hai đạt được sự cân bằng 'hạnh phúc'". "

Sự bồi tụ của lỗ đen và sự hình thành sao có nguồn cung cấp khí chung, đây có thể là lý do tại sao các thiên thể phát triển đồng bộ với nhau trong các mối quan hệ cục bộ. Con đường tiến hóa của các vật thể bên dưới mối quan hệ cấu thành với khối lượng lỗ đen không đủ hỗ trợ các mô phỏng gần đây trong đó sự phát triển của lỗ đen ban đầu chậm lại quá trình hình thành sao, nhưng sau đó đảo ngược tình thế sau khi khí ổn định ở khối lượng sao cao hơn. Các AGN có các lỗ đen siêu lớn ở trên các mối quan hệ cục bộ sẽ tiếp tục tăng khối lượng sao, phù hợp với sự hình thành sao đang hoạt động và hàm lượng khí dồi dào được phát hiện trong các thiên hà chủ AGN loại sớm.

Cơ chế phản hồi và hướng nghiên cứu trong tương lai

Những quỹ đạo này chỉ ra rằng cơ chế phản hồi AGN dạng bức xạ được cho là có tác dụng ngăn chặn sự hình thành sao không hiệu quả đối với các thiên hà nằm dưới mối quan hệ tỷ lệ. Đối với các thiên hà nằm trên mối quan hệ tỷ lệ này, phản hồi mẫu động dường như không đủ để ngăn chặn sự hình thành sao trong thời gian dài.

"Công trình này cung cấp những hiểu biết mới về quá trình đồng tiến hóa của các lỗ đen siêu lớn và các thiên hà chủ của chúng, đồng thời có thể đóng vai trò là chuẩn mực và khuôn khổ rõ ràng cho các nghiên cứu tiến hóa", Giáo sư He nhấn mạnh. “Những kết quả này cung cấp những ràng buộc quan sát quan trọng cho việc mô phỏng bằng số về các tương tác phức tạp giữa các lỗ đen và các thiên hà chủ của chúng.”

"Bài viết này khám phá con đường tiến hóa của các thiên hà trên mặt phẳng khối lượng sao-khối đen trong vũ trụ gần đó, liên kết các đặc điểm của sự hình thành sao và sự bồi tụ của lỗ đen, đồng thời cung cấp các hạn chế chính cho phản hồi hạt nhân thiên hà đang hoạt động", biên tập viên của "Thiên văn học tự nhiên" đánh giá cao. "Một trong những người đánh giá cho biết: "Những phát hiện của bài báo này rất thú vị và rất quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về sự đồng tiến hóa của các lỗ đen và thiên hà cũng như sự hình thành và bồi tụ sao của chúng trong khắp vũ trụ. "