Webb đo được một lỗ đen 13 tỷ năm tuổi — nó hình thành trước thiên hà của mình

Lỗ đen trong thiên hà Abell2744-QSO1 có khối lượng 50 triệu lần Mặt Trời. Thiên hà chủ chứa phần còn lại. Tỷ lệ đó mâu thuẫn với mọi mô hình hiện có: trong bất kỳ thiên hà nào mà các nhà thiên văn có thể quan sát ngày nay, lỗ đen trung tâm chỉ chiếm một phần nhỏ của tổng khối lượng sao. Ở đây, lỗ đen chiếm đến hai phần ba.

Sự mất cân đối này có một giải thích cụ thể, và nó lật ngược hiểu biết về quá trình đồng tiến hóa giữa thiên hà và lỗ đen. Nhóm nghiên cứu đo độ kim loại của thiên hà — nồng độ các nguyên tố nặng hơn hydro và heli, do các ngôi sao tổng hợp trong suốt vòng đời — và phát hiện con số chưa đến nửa phần trăm so với Mặt Trời. Giá trị gần bằng không này cho thấy rất ít ngôi sao đã sinh ra và chết đi trong thiên hà khi Webb quan sát. Lỗ đen đã khổng lồ ngay cả trong một thiên hà còn trinh nguyên, vừa mới hình thành.

Phát hiện này nhờ một kỹ thuật Webb cho phép áp dụng lần đầu tiên. Bằng cách lập bản đồ chuyển động và thành phần của khí đang quay quanh lỗ đen — plasma nóng bị hút vào bên trong với tốc độ đo được — nhóm do Roberto Maiolino tại Đại học Cambridge dẫn đầu đã tính toán trực tiếp khối lượng, không cần dựa vào ước tính lý thuyết. Đây là lần đầu tiên bất kỳ lỗ đen nào trong tỷ năm đầu tiên của vũ trụ được đo khối lượng trực tiếp.

Mô hình vũ trụ học tiêu chuẩn cho rằng thiên hà và lỗ đen trung tâm cùng phát triển trong hàng tỷ năm, nuôi dưỡng lẫn nhau qua các vụ sáp nhập, dòng khí và chu kỳ phản hồi sao. Abell2744-QSO1 phá vỡ bức tranh đó. Thiên hà quá sơ khai và quá nhỏ so với lỗ đen để cả hai có thể đồng tiến hóa nhịp nhàng. Thứ gì đó đã tạo ra lỗ đen này rất sớm — có thể là sự sụp đổ trực tiếp của một đám mây khí nguyên thủy khổng lồ, hoặc lỗ đen sinh ra từ thế hệ sao đầu tiên — và thiên hà mọc lên xung quanh nó sau đó.

Kết quả chưa mang tính quyết định. Một vật thể duy nhất ở khoảng cách cực xa không đủ để viết lại lý thuyết hình thành thiên hà. Nhóm Cambridge lưu ý rằng phép đo phụ thuộc vào các giả định về hình học của đĩa khí bao quanh lỗ đen, và các quan sát Webb không thể giải phân giải hoàn toàn các thang đo nhỏ nhất gần chân trời sự kiện. Cần thêm các vật thể ở khoảng cách tương tự để xác nhận độc lập.

Các vật thể đó đang đến. Các chương trình khảo sát của Webb nhắm vào các siêu mật độ thiên hà đã biết như cụm Abell2744 sẽ cung cấp mẫu cần thiết. Nhóm Maiolino đang phân tích thêm các ứng cử viên từ cùng vùng trời. Cuộc điều tra trực tiếp đầu tiên về khối lượng lỗ đen trong tỷ năm đầu tiên sau Vụ Nổ Lớn đã bắt đầu.

Thẻ: thiên văn học