Một thực tế nổi tiếng giữa các nhà thiên văn học và vũ trụ học là bạn càng nhìn xa vào Vũ trụ, bạn càng nhìn xa hơn về thời gian bạn đang nhìn thấy. Và các nhà thiên văn học càng gần hơn có thể nhìn thấy Vụ nổ lớn, diễn ra cách đây 13,8 tỷ năm, những khám phá càng thú vị hơn có xu hướng trở thành. Chính những phát hiện này đã dạy chúng ta nhiều nhất về các thời kỳ sớm nhất của Vũ trụ và sự tiến hóa tiếp theo của nó.
Chẳng hạn, các nhà khoa học sử dụng Máy khảo sát hồng ngoại trường rộng (WISE) và Kính thiên văn Magellan gần đây đã quan sát thấy Lỗ đen siêu khối (SMBH) sớm nhất cho đến nay. Theo nghiên cứu của nhóm phát hiện, lỗ đen này có khối lượng gấp khoảng 800 triệu lần Mặt trời của chúng ta và nằm cách Trái đất hơn 13 tỷ năm ánh sáng. Điều này làm cho nó trở nên xa nhất và trẻ nhất, SMBH được quan sát cho đến nay.
Nghiên cứu có tiêu đề Lỗ đen 800 triệu khối lượng mặt trời trong vũ trụ trung tính đáng kể với độ lệch 7,5 7,5, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Thiên nhiên. Được dẫn dắt bởi Eduardo Bañados, một nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Carnegie, nhóm nghiên cứu bao gồm các thành viên từ Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA, Viện Thiên văn học Max Planck, Viện Thiên văn học và Vật lý thiên văn Kavli, Đài thiên văn Las Cumbres và nhiều trường đại học.
Cũng như các SMBH khác, phát hiện đặc biệt này (được chỉ định là J1342 + 0928) là một quasar, một lớp các vật thể siêu sáng bao gồm một lỗ đen tích tụ vật chất ở trung tâm của một thiên hà khổng lồ. Đối tượng được phát hiện trong quá trình khảo sát các vật thể ở xa, kết hợp dữ liệu hồng ngoại từ nhiệm vụ WISE với các khảo sát trên mặt đất. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã theo dõi dữ liệu từ các kính viễn vọng Carn Magie Đài thiên văn Carnegie ở Chile.
Như với tất cả các vật thể vũ trụ ở xa, khoảng cách J1342 + 0928 được xác định bằng cách đo độ dịch chuyển của nó. Bằng cách đo xem bước sóng của một vật thể Ánh sáng được kéo dài bao nhiêu bởi sự giãn nở của Vũ trụ trước khi đến Trái đất, các nhà thiên văn học có thể xác định được nó phải đi bao xa để đến đây. Trong trường hợp này, chuẩn tinh có độ dịch chuyển 7,54, có nghĩa là phải mất hơn 13 tỷ năm để ánh sáng của nó đến được với chúng ta.
Như Xiaohui Fan của Đài quan sát Đại học Arizona Stew Steward (và là đồng tác giả của nghiên cứu) đã giải thích trong một thông cáo báo chí của Carnegie:
Khoảng cách lớn này làm cho các vật thể như vậy cực kỳ mờ nhạt khi nhìn từ Trái đất. Chuẩn tinh sớm cũng rất hiếm trên bầu trời. Chỉ có một quasar được biết là tồn tại ở một dịch chuyển đỏ lớn hơn bảy trước đây, mặc dù đã tìm kiếm rộng rãi.
Với tuổi và khối lượng của nó, việc phát hiện ra chuẩn tinh này khá bất ngờ đối với nhóm nghiên cứu. Như Daniel Stern, nhà vật lý thiên văn tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã chỉ ra trong một thông cáo báo chí của NASA, Cái hố đen này phát triển lớn hơn nhiều so với chúng ta dự đoán chỉ sau 690 triệu năm sau Vụ nổ lớn, thách thức chúng ta lý thuyết về cách các lỗ đen hình thành.
Về cơ bản, chuẩn tinh này tồn tại vào thời điểm Vũ trụ mới bắt đầu nổi lên từ cái mà các nhà vũ trụ học gọi là Tối tăm tối. Trong thời kỳ này, bắt đầu khoảng 380.000 năm đến 150 triệu năm sau Vụ nổ lớn, hầu hết các photon trong Vũ trụ đều tương tác với các electron và proton. Do đó, bức xạ của thời kỳ này là không thể phát hiện được bởi các công cụ hiện tại của chúng tôi - do đó có tên.
Vũ trụ vẫn ở trạng thái này, không có bất kỳ nguồn phát sáng nào, cho đến khi trọng lực ngưng tụ vật chất vào các ngôi sao và thiên hà đầu tiên. Thời kỳ này được gọi là Kỷ nguyên Reinozation Epoch, tồn tại từ 150 triệu đến 1 tỷ năm sau Vụ nổ lớn và được đặc trưng bởi các ngôi sao, thiên hà và quasar đầu tiên hình thành. Nó được đặt tên như vậy bởi vì năng lượng được giải phóng bởi các thiên hà cổ đại này đã khiến hydro trung tính của Vũ trụ bị kích thích và ion hóa.
Khi Vũ trụ được nối lại, các photon có thể di chuyển tự do khắp không gian và Vũ trụ chính thức trở nên trong suốt với ánh sáng. Đây là những gì làm cho việc khám phá ra chuẩn tinh này rất thú vị. Như nhóm nghiên cứu đã quan sát, phần lớn hydro bao quanh nó là trung tính, điều đó có nghĩa nó không chỉ là chuẩn tinh xa nhất từng được quan sát, mà còn là ví dụ duy nhất về một quasar tồn tại trước khi Vũ trụ được tái tạo.
Nói cách khác, J1342 + 0928 tồn tại trong một giai đoạn chuyển tiếp lớn của Vũ trụ, đây là một trong những biên giới hiện tại của vật lý thiên văn. Như thể điều này không đủ, nhóm cũng bị bối rối bởi khối lượng đối tượng. Để một lỗ đen trở nên khổng lồ trong giai đoạn đầu của Vũ trụ này, sẽ phải có những điều kiện đặc biệt để cho phép tăng trưởng nhanh như vậy.
Những điều kiện này là gì, tuy nhiên, vẫn còn là một bí ẩn. Dù thế nào đi chăng nữa, SMBH mới được tìm thấy này dường như đang tiêu thụ vật chất ở trung tâm của một thiên hà với tốc độ đáng kinh ngạc. Và trong khi khám phá của nó đã đặt ra nhiều câu hỏi, dự đoán rằng việc triển khai các kính viễn vọng trong tương lai sẽ tiết lộ nhiều hơn về chuẩn tinh này và thời kỳ vũ trụ của nó. Như Stern đã nói:
Với một số cơ sở thế hệ tiếp theo, thậm chí còn nhạy cảm hơn hiện đang được xây dựng, chúng ta có thể mong đợi nhiều khám phá thú vị trong vũ trụ rất sớm trong những năm tới.
Các nhiệm vụ thế hệ tiếp theo này bao gồm nhiệm vụ Euclid của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và Kính viễn vọng Khảo sát Hồng ngoại trên diện rộng của NASA (WFIRST). Trong khi Euclid sẽ nghiên cứu các vật thể ở vị trí 10 tỷ năm trước để đo mức độ ảnh hưởng của năng lượng tối đến sự tiến hóa vũ trụ, WFIRST sẽ thực hiện các khảo sát cận hồng ngoại rộng để đo ánh sáng đến từ một tỷ thiên hà.
Cả hai nhiệm vụ dự kiến sẽ tiết lộ nhiều đối tượng hơn như J1342 + 0928. Hiện tại, các nhà khoa học dự đoán rằng chỉ có 20 đến 100 quasar sáng và xa như J1342 + 0928 trên bầu trời. Do đó, họ hài lòng nhất với khám phá này, dự kiến sẽ cung cấp cho chúng tôi thông tin cơ bản về Vũ trụ khi nó chỉ còn 5% so với tuổi hiện tại.
