Các lỗ đen lớn cư trú ở trung tâm các thiên hà có thể là những con thú đói. Nhưng những gì lực khí và bụi trong vài năm ánh sáng cuối cùng vào lỗ hổng của các lỗ đen siêu lớn này?
Người ta đã đưa ra giả thuyết rằng sự hợp nhất giữa các thiên hà làm xáo trộn khí và bụi trong một thiên hà và buộc vật chất vào khu vực lân cận ngay lập tức của lỗ đen. Đó là, cho đến khi một nghiên cứu gần đây về 140 thiên hà lưu trữ Hạt nhân Thiên hà Hoạt động (AGN) - tên gọi khác của các lỗ đen hoạt động ở trung tâm các thiên hà - đã cung cấp bằng chứng mạnh mẽ rằng nhiều thiên hà chứa AGN này không có dấu hiệu của sự hợp nhất trong quá khứ.
Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế. Mauricio Cisternas thuộc Viện Thiên văn học Max Planck và nhóm của ông đã sử dụng dữ liệu từ 140 thiên hà được chụp bằng đài quan sát tia X của XMM-Newton. Các thiên hà mà chúng lấy mẫu có độ dịch chuyển giữa z = 0,3 - 1, có nghĩa là chúng ở khoảng 4 đến 8 tỷ năm ánh sáng (và do đó, ánh sáng chúng ta nhìn thấy từ chúng khoảng 4-8 tỷ năm tuổi).
Mặc dù vậy, họ không chỉ nhìn vào hình ảnh của các thiên hà trong câu hỏi; thiên vị đối với việc phân loại các thiên hà cho thấy các hạt nhân hoạt động bị biến dạng nhiều hơn từ các vụ sáp nhập có thể xuất hiện. Thay vào đó, họ đã tạo ra một nhóm điều khiển của Thiên hà, sử dụng hình ảnh của các thiên hà không hoạt động từ cùng một thiên hà. Họ đã lấy những hình ảnh từ Khảo sát tiến hóa vũ trụ (COSMOS), một cuộc khảo sát về một vùng rộng lớn của bầu trời trong nhiều bước sóng ánh sáng. Vì các thiên hà này có cùng độ dịch chuyển với các thiên hà mà chúng muốn nghiên cứu, chúng cho thấy cùng một giai đoạn trong quá trình tiến hóa của thiên hà. Tổng cộng, họ có 1264 thiên hà trong mẫu so sánh của họ.
Cách họ thiết kế nghiên cứu liên quan đến một nguyên lý khoa học thường không được sử dụng trong lĩnh vực thiên văn học: nghiên cứu mù. Cisternas và nhóm của ông đã có 9 thiên hà so sánh - trong đó không có AGN - có cùng độ dịch chuyển cho mỗi trong số 140 thiên hà của chúng có dấu hiệu có nhân hoạt động.
Những gì họ đã làm tiếp theo là loại bỏ bất kỳ dấu hiệu nào của hạt nhân hoạt động sáng trong ảnh. Điều này có nghĩa là các thiên hà trong mẫu 140 thiên hà của chúng có AGN về cơ bản sẽ xuất hiện thậm chí là một con mắt được đào tạo như một thiên hà mà không có dấu hiệu nhận biết của AGN. Sau đó, họ đã gửi các thiên hà điều khiển và các hình ảnh AGN đã thay đổi cho mười nhà thiên văn học khác nhau và yêu cầu họ phân loại tất cả chúng như là méo mó, méo mó, hay bị bóp méo.
Vì kích thước mẫu của chúng khá dễ quản lý và sự biến dạng ở nhiều thiên hà sẽ quá tinh vi để máy tính có thể nhận ra, bộ não con người tìm kiếm mô hình là công cụ phân tích hình ảnh của chúng. Điều này nghe có vẻ quen thuộc - một điều tương tự đang được thực hiện với thành công to lớn với những người là người phân loại thiên hà nghiệp dư tại Galaxy Zoo.
Khi một thiên hà hợp nhất với một thiên hà khác, sự hợp nhất sẽ làm biến dạng hình dạng của nó theo những cách có thể nhận dạng được - nó sẽ làm cong một thiên hà hình elip trơn tru ra khỏi hình dạng, và nếu thiên hà là một vòng xoắn ốc thì dường như có một chút không rõ ràng. Nếu đó là trường hợp sáp nhập thiên hà là nguyên nhân có khả năng nhất của AGN, thì những thiên hà có hạt nhân hoạt động sẽ có nhiều khả năng cho thấy sự biến dạng từ sự hợp nhất trong quá khứ này.
Nhóm nghiên cứu đã trải qua quá trình làm mù nghiên cứu này để loại bỏ bất kỳ sự thiên vị nào mà những người nhìn vào hình ảnh sẽ hướng tới phân loại AGN khi bị bóp méo nhiều hơn. Bằng cách cả hai có kích thước mẫu thiên hà khá lớn và loại bỏ bất kỳ sai lệch nào khi phân tích hình ảnh, họ hy vọng sẽ cho thấy rõ ràng liệu mối tương quan giữa AGN và sáp nhập có tồn tại hay không.
Kết quả? Những thiên hà có Hạt nhân Thiên hà Hoạt động không cho thấy sự biến dạng nào trên toàn bộ so với các thiên hà trong mẫu so sánh. Như các tác giả nêu trong bài báo, Sáp nhập và các tương tác liên quan đến máy chủ AGN không chiếm ưu thế và xảy ra không thường xuyên hơn đối với các thiên hà không hoạt động.
Điều này có nghĩa là các nhà thiên văn học có thể hướng tới các vụ sáp nhập thiên hà là lý do chính cho AGN. Nghiên cứu cho thấy rằng ít nhất 75% việc tạo ra AGN - ít nhất là trong khoảng 4-8 tỷ năm qua - phải từ các nguồn khác ngoài sáp nhập thiên hà. Các ứng cử viên có khả năng cho các nguồn này bao gồm: Quấy rối thiên hà, những thiên hà không va chạm với nhau, nhưng đến gần đủ để ảnh hưởng đến nhau; sự bất ổn của thanh trung tâm trong một thiên hà; hoặc sự va chạm của các đám mây phân tử khổng lồ trong thiên hà.
Biết rằng AGN aren Nhận gây ra phần lớn bởi các vụ sáp nhập thiên hà sẽ giúp các nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà. Các hạt nhân hoạt động trong các thiên hà lưu trữ chúng ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành thiên hà. Quá trình này được gọi là feedback Phản hồi AGN, và các cơ chế và hiệu ứng do sự tương tác giữa dòng năng lượng ra khỏi AGN và vật liệu xung quanh ở trung tâm thiên hà vẫn là một chủ đề nghiên cứu nóng trong thiên văn học.
Sáp nhập trong quá khứ xa hơn 8 tỷ năm có thể tương quan với AGN - nghiên cứu này chỉ loại trừ một quần thể nhất định của các thiên hà này - và đây là câu hỏi mà nhóm dự định thực hiện các cuộc khảo sát tiếp theo của Kính viễn vọng Không gian Hubble và Kính thiên văn vũ trụ James Webb. Nghiên cứu của họ sẽ được xuất bản trong số ra ngày 10 tháng 1 của Tạp chí Vật lý thiên văn, và một phiên bản in sẵn có sẵn trên Arxiv.
Nguồn: Bản tin HST, Viện thiên văn học Max Planck, bài báo Arxiv
