Vụ nổ sóng vô tuyến nhanh xa nhất còn già hơn Trái Đất và phá kỷ lục khoảng cách gấp đôi

Một vụ nổ sóng vô tuyến nhanh – một tia chớp sóng vô tuyến kéo dài vài phần nghìn giây – đã rời khỏi nguồn phát khi vũ trụ mới khoảng 3 tỷ năm tuổi và đến được một kính thiên văn ở Nam Phi hơn 10 tỷ năm sau đó. Đây là vụ nổ sóng vô tuyến nhanh xa nhất từng được xác định thiên hà chủ, với khoảng cách gấp đôi kỷ lục trước đó. Tia chớp này đã khởi hành hơn 5 tỷ năm trước khi Trái Đất hình thành.

Bất ngờ xảy ra khi Kính viễn vọng Không gian James Webb tìm ra nơi nó đến. Các nhà thiên văn kỳ vọng một thiên hà lớn, trưởng thành. Thay vào đó, nguồn phát là một thiên hà lùn mờ nhạt, có khối lượng nhỏ hơn khoảng 1.000 lần so với dự đoán của nhóm nghiên cứu, dường như đã hình thành phần lớn các ngôi sao của nó trong một đợt bùng nổ ngắn và dữ dội. Ngôi nhà nhỏ bé, trẻ trung đó hiện là một trong những manh mối mạnh mẽ nhất về thứ tạo ra những tia chớp này.

Hàng nghìn vụ nổ sóng vô tuyến nhanh đã được phát hiện, nhưng chỉ khoảng một trăm vụ được xác định thuộc về một thiên hà cụ thể, và hầu hết đều nằm tương đối gần chúng ta. Vụ nổ mới, được phân loại là FRB 20240304B, đẩy bản đồ đó vào kỷ nguyên hình thành sao sôi động nhất trong lịch sử vũ trụ.

Bài viết nên đọcMột mẩu kim loại 10.000 nguyên tử được giữ ở hai vị trí cùng lúc

“Điều khiến các vụ nổ sóng vô tuyến nhanh trở nên thú vị là chúng ta không biết thứ gì tạo ra chúng,” Manisha Caleb từ Đại học Sydney, người dẫn đầu nghiên cứu, cho biết. “Chúng tôi có các giả thuyết về những vật thể nào tạo ra chúng, nhưng chúng tôi không có bằng chứng kết luận.”

Cách một đĩa vô tuyến và kính Webb tìm ra thiên hà không ai thấy được

Vụ nổ được bắt bởi MeerKAT, một mảng gồm 64 đĩa vô tuyến ở vùng Karoo, Nam Phi. Một hệ thống tìm kiếm có tên MeerTRAP, do Ben Stappers của Đại học Manchester dẫn đầu, quét dữ liệu của nó theo thời gian thực để tìm các xung sáng đơn lẻ. Xung này nổi bật hơn 100 lần so với nền nhiễu, và mảng đã xác định vị trí của nó với độ chính xác đến một phần của giây cung, trong chòm sao Sư Tử.

Dấu hiệu đầu tiên về khoảng cách của nó đến từ chính tín hiệu. Sóng vô tuyến khi đi qua lớp khí loãng giữa các thiên hà bị chậm lại một chút, và các tần số thấp hơn bị chậm nhiều hơn, vì vậy một vụ nổ đến dưới dạng quét từ cao xuống thấp. Các nhà thiên văn gọi độ lớn của độ trễ đó là thước đo tán sắc. Đối với vụ nổ này, nó vào khoảng 2.458 đơn vị, cao hơn nhiều so với hầu hết các vụ nổ đã biết, và là dấu hiệu cho thấy tín hiệu đã đi qua một cột khí khổng lồ.

Con số đó chỉ cho một khoảng cách ước lượng. Một khoảng cách thực sự cần thiên hà chủ và quang phổ của nó, và các khảo sát bầu trời lưu trữ không cho thấy gì ở vị trí đó. Một giờ chụp ảnh sâu bằng kính thiên văn Keck I ở Hawaii hay ảnh hồng ngoại từ Đài quan sát MMT ở Arizona cũng không. Thiên hà quá mờ đối với những kính thiên văn mặt đất lớn nhất.

Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã xin thời gian trên Webb. Máy ảnh hồng ngoại gần của nó đã phát hiện một vết mờ cấp độ 28 cách vị trí vụ nổ khoảng 0,3 giây cung, và một bài kiểm tra thống kê cho xác suất 97,5% rằng vụ nổ đến từ thiên hà đó. Máy quang phổ hồng ngoại gần của Webb sau đó đã bắt được ánh sáng từ hydro và oxy phát sáng trong thiên hà, bị kéo dãn bởi sự giãn nở của vũ trụ đến dịch chuyển đỏ 2,148. Điều đó đặt vụ nổ vào thời kỳ mà các nhà thiên văn gọi là buổi trưa vũ trụ, khi các thiên hà hình thành sao nhanh hơn bất kỳ thời điểm nào trước hoặc sau đó.

Kỷ lục này nói lên điều gì qua những con số

Kỷ lục trước đó, một vụ nổ được bắt bởi kính thiên văn ASKAP của Úc, có dịch chuyển đỏ khoảng 1,016, và ánh sáng của nó đã đi khoảng 8 tỷ năm. Vụ nổ mới có dịch chuyển đỏ gấp đôi. Theo lời của bài báo, tín hiệu “thăm dò khí ion hóa qua khoảng 80% lịch sử vũ trụ.”

Năng lượng của nó nằm ở mức cao nhất trong số các sự kiện từng thấy. Tạp chí Sky & Telescope diễn giải bằng những thuật ngữ quen thuộc: nhiều năng lượng hơn Mặt Trời phát ra trong một năm, được nén vào một tia chớp ngắn hơn một cái chớp mắt.

Thiên hà chủ là phần kỳ lạ nhất. Ước tính của nhóm nghiên cứu cho thấy khối lượng sao của nó vào cỡ 10 triệu lần khối lượng Mặt Trời, một phần rất nhỏ so với các ngôi sao của Ngân Hà. Khí của nó chỉ chứa khoảng 10 đến 20% lượng các nguyên tố nặng hơn heli so với Mặt Trời, và nó đang hình thành sao nhanh hơn nhiều so với một thiên hà có kích thước tương tự. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng hầu hết các ngôi sao của nó có thể đã hình thành trong vòng khoảng 30 triệu năm.

“Chúng tôi nghĩ nó sẽ là một thiên hà lớn, hình thành đẹp đẽ với nhiều sao,” Caleb nói. Stappers thẳng thắn hơn: “Thiên hà chủ nổi bật trong toàn bộ mẫu thiên hà mà chúng tôi có. Và nó không phải là thứ chúng tôi mong đợi.”

Tại sao một thiên hà nhỏ, trẻ lại chỉ ra một thủ phạm

Hai giải thích hàng đầu đưa ra những dự đoán khác nhau về nơi các vụ nổ sẽ xuất hiện. Một giả thuyết cho rằng chúng đến từ magnetar – những sao neutron có từ trường mạnh gấp hàng tỷ lần so với nam châm mạnh nhất trên Trái Đất, sinh ra khi các ngôi sao lớn sụp đổ. Những vật thể đó hình thành trong vòng vài triệu năm sau các ngôi sao tạo ra chúng. Giả thuyết kia cho rằng một số vụ nổ đến từ va chạm của các sao neutron, có thể mất hàng tỷ năm để xoắn ốc vào nhau và do đó thường xảy ra trong các thiên hà già hơn.

Một thiên hà tự hình thành trong vài chục triệu năm để lại rất ít chỗ cho phương án chậm. “Công trình của chúng tôi cho thấy rất khó có khả năng FRB này được tạo ra bởi một vụ sáp nhập,” Caleb nói. Khí nghèo kim loại cũng có xu hướng tạo ra nhiều sao siêu nặng hơn, loại sao để lại magnetar phía sau. Trong thiên hà của chúng ta, magnetar SGR J1935+2154 đã tạo ra những vụ nổ yếu cùng loại.

Tín hiệu cũng mang theo một bản ghi về mọi thứ nó đi qua. Đường đi của nó băng qua Cụm sao Xử Nữ, nhóm thiên hà khổng lồ cách chúng ta khoảng 54 triệu năm ánh sáng, và chạy gần một nhóm thiên hà chưa từng được biết đến trước đây ở dịch chuyển đỏ 0,31, cách chúng ta khoảng 3,5 tỷ năm ánh sáng. Nhóm nghiên cứu ước tính hai cấu trúc đó chiếm phần lớn độ trễ thêm trong tín hiệu.

Điều nó chưa giải quyết được

Một vụ nổ chỉ là một điểm dữ liệu. Mối liên hệ với magnetar là cách đọc tự nhiên nhất từ thiên hà chủ này, nhưng các nhà nghiên cứu nhấn mạnh đó không phải là bằng chứng, và nó không có nghĩa là mọi vụ nổ sóng vô tuyến nhanh đều có cùng nguồn gốc.

Các đặc tính của thiên hà đi kèm với sai số lớn. Khối lượng, hàm lượng kim loại và lịch sử hình thành sao của nó là các ước tính mô hình rút ra từ một vài ảnh chụp của Webb và một quang phổ của một vật thể ở giới hạn phát hiện. Rất ít thiên hà chủ mờ nhạt như vậy được nghiên cứu ở bất kỳ khoảng cách nào, vì vậy khó có thể nói liệu thiên hà này có bất thường hay chỉ đơn giản là cái đầu tiên trong số những cái mà các cuộc khảo sát trước đây đã bỏ sót.

Nhóm nghiên cứu cho rằng phát hiện này không phải ngẫu nhiên. MeerKAT hiện là công cụ săn vụ nổ duy nhất đủ nhạy để thấy xa như vậy, và họ dự đoán rằng khoảng 6,3% số vụ nổ trong cuộc khảo sát chính của nó sẽ đến từ dịch chuyển đỏ lớn hơn 2. Chỉ có nhiều phát hiện hơn mới kiểm tra được điều đó. “Mọi bộ sưu tập lớn đều bắt đầu chỉ với một mẫu vật,” Joeri van Leeuwen từ Viện Thiên văn Vô tuyến Hà Lan, người không tham gia vào công trình, cho biết.

Những câu hỏi thường gặp về vụ nổ sóng vô tuyến nhanh xa nhất

Vụ nổ sóng vô tuyến nhanh là gì?

Vụ nổ sóng vô tuyến nhanh là một tia chớp sóng vô tuyến kéo dài vài mili giây và trong những trường hợp sáng nhất, có thể mang năng lượng tương đương Mặt Trời phát ra trong một năm. Vụ nổ đầu tiên được tìm thấy vào năm 2007. Nguồn gốc của chúng vẫn còn đang tranh luận.

Vụ nổ sóng vô tuyến nhanh xa nhất cách chúng ta bao xa?

FRB 20240304B có dịch chuyển đỏ 2,148. Tín hiệu của nó đã đi hơn 10 tỷ năm và rời khỏi thiên hà của nó khi vũ trụ khoảng 3 tỷ năm tuổi. Đó là hơn gấp đôi dịch chuyển đỏ của kỷ lục trước đó.

Các magnetar có gây ra vụ nổ sóng vô tuyến nhanh không?

Magnetar là giải thích được ủng hộ nhiều nhất, và thiên hà chủ trẻ, đang hình thành sao của vụ nổ này củng cố cho giả thuyết đó. Nhưng chưa có nghiên cứu nào chứng minh rằng mọi vụ nổ đều đến từ magnetar, và các nhà nghiên cứu đứng sau kết quả này cho biết vẫn chưa có bằng chứng kết luận.

Điều gì tiếp theo

Vụ nổ được phát hiện vào ngày 4 tháng 3 năm 2024, lần đầu được trình bày tại một hội nghị ở Montreal vào tháng 7 năm 2025, và được công bố trên tạp chí Science vào ngày 8 tháng 10 năm 2026. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng MeerKAT có thể tìm và xác định vị trí chính xác vài vụ nổ mỗi năm từ hơn nửa chặng đường trở về Vụ Nổ Lớn, với Webb cần thiết để xác định các thiên hà chủ mờ nhạt của chúng. Kính thiên văn tần số trung của Square Kilometre Array, hiện đang được xây dựng ở Nam Phi, được kỳ vọng sẽ đẩy xa hơn nữa cuộc tìm kiếm này. Stappers đặt mục tiêu một cách thẳng thắn: “Bước tiếp theo là đẩy ranh giới này xa hơn nữa và xem chúng ta có thể tiến gần đến các thế hệ sao đầu tiên đến mức nào.”

Tài liệu tham khảo: Caleb et al., “A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz2675

Thẻ: thiên văn học, James Webb Space Telescope, MeerKAT, sao từ, FRB 20240304B, vụ nổ sóng vô tuyến nhanh

Nội dung tương tự

Các tế bào hỗ trợ não từng được cho là không thể thay thế — não người trưởng thành đang thay thế chúng

Vách hang Iberia lưu giữ ADN người suốt 16.700 năm — kể cả những nơi không có tranh vẽ

Kính thiên văn Inouye lần đầu ghi hình các xoáy plasma trên Mặt Trời có thể giải đáp bí ẩn 50 năm

James Webb tìm thấy hành tinh nơi mây đá hình thành mỗi sáng và tan biến khi đêm về

Một nguyên tử rơi tự do đã tuân theo định luật hấp dẫn của Einstein trong thế giới lượng tử lần đầu tiên

Thiên hà Vô Cực: Một Vụ Va Chạm Vũ Trụ Rèn Nên Hiểu Biết Mới Về Nguồn Gốc Lỗ Đen