Dữ liệu từ Kính viễn vọng James Webb Tiết lộ Quá trình Bồi tụ Vật chất Nuôi dưỡng Hố đen trong Thiên hà Circinus

Những dữ liệu hồng ngoại độ phân giải cao mới nhất từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) về Thiên hà Circinus đang làm thay đổi hoàn toàn những giả định thiên văn học bấy lâu nay về cách thức các hố đen siêu khối lượng được nuôi dưỡng. Các quan sát tập trung vào môi trường lân cận của hố đen nằm trong thiên hà xoắn ốc này, vốn cách Trái Đất khoảng 13 triệu năm ánh sáng, tương đương 4,0 Megaparsecs. Những hình ảnh chi tiết này trực tiếp bác bỏ quan điểm truyền thống cho rằng các luồng vật chất tràn đầy năng lượng hướng ra ngoài là nguồn phát xạ hồng ngoại chính gần các nhân thiên hà đang hoạt động.

Phân tích từ dữ liệu của Webb chỉ ra rằng quy trình ngược lại mới là yếu tố chủ đạo: phần lớn vật chất bụi nóng đang xoáy sâu vào bên trong để bồi tụ và nuôi dưỡng hố đen siêu khối lượng ở trung tâm. Lượng vật chất này tích tụ tại rìa trong của hệ thống bồi tụ, thường có cấu trúc hình vành khuyên (torus), đóng vai trò then chốt cho sự phát triển của hố đen lẫn sự tiến hóa của thiên hà chủ. Về mặt định lượng, khoảng 87% lượng phát xạ hồng ngoại từ bụi nóng hiện được xác định là do vật chất phễu hướng tâm này tạo ra. Ngược lại, chưa đến 1% lượng phát xạ có liên quan đến vật chất bị đẩy ra ngoài theo các luồng phun, khẳng định rằng quá trình tiêu thụ vượt xa quá trình đào thải.

Khám phá này đã giải quyết một mâu thuẫn lớn tồn tại trong các mô hình vật lý thiên văn từ những năm 1990, khi các nhà khoa học trước đây không thể giải thích được lượng phát xạ hồng ngoại dư thừa từ các nhân thiên hà hoạt động. Để đạt được sự rõ ràng này, đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật tân tiến mang tên Giao thoa kế Che mặt Khẩu độ (AMI) trên thiết bị NIRISS (Máy ảnh Cận hồng ngoại và Máy quang phổ không khe) của JWST. Phương pháp này biến toàn bộ khẩu độ của kính viễn vọng thành một mảng giao thoa bằng cách sử dụng một tấm mặt nạ có bảy lỗ nhỏ, tạo ra các mô hình giao thoa giúp làm rõ những chi tiết vốn bị che khuất trước đó.

Đồng tác giả Joel Sánchez-Bermúdez từ UNAM lưu ý rằng chế độ hình ảnh tiên tiến này giúp tăng gấp đôi độ phân giải trên một vùng không gian hẹp, tạo ra những hình ảnh sắc nét gấp hai lần so với phương pháp chụp ảnh trực tiếp thông thường. Đây là lần đầu tiên một giao thoa kế hồng ngoại đặt trong không gian được triển khai thành công để nghiên cứu một mục tiêu ngoài thiên hà. Tác giả chính Enrique López-Rodríguez từ Đại học South Carolina khẳng định rằng bộ dữ liệu mới này cuối cùng đã dung hòa được sự khác biệt với các mô hình trước đây liên quan đến các đặc điểm hồng ngoại của nhân thiên hà hoạt động.

Thiên hà Circinus, được phân loại là thiên hà Seyfert loại II, từ lâu đã gây khó khăn cho việc quan sát do vị trí nằm dưới mặt phẳng Ngân hà bốn độ, dẫn đến việc bị che khuất bởi bụi liên sao. Các nghiên cứu độ phân giải cao trước đây, chẳng hạn như nghiên cứu thực hiện với mảng kính thiên văn ALMA, từng gợi ý rằng hố đen Circinus chỉ tiêu thụ khoảng 3% lượng khí tiếp cận, trong khi bức xạ đẩy phần còn lại trở lại theo các dòng chảy hỗn loạn. Tuy nhiên, dữ liệu từ JWST, được công bố trên tạp chí Nature, đã cung cấp bối cảnh hồng ngoại quan trọng cho quá trình này. Nhóm nghiên cứu dự định áp dụng kỹ thuật đã được kiểm chứng này cho nhiều hố đen khác để xác định xem động lực nuôi dưỡng quan sát được ở Circinus có phải là đặc điểm phổ quát của các hiện tượng vũ trụ này hay không.