Quái vật từ trường trong không gian

Kính viễn vọng không gian Hubble đã giải đáp được một vấn đề khó hiểu về những sợi khổng lồ nhưng mỏng mảnh được hình thành bởi tử trường mạnh bao quanh thiên hà NGC 1275. Các nhà nghiên cứu cho biết đây là ví dụ nổi bật nhất về ảnh hưởng của những xúc tu rộng lớn của các từ trường ngoài thiên hà.

NGC 1275 là một trong những thiên hà khổng lồ hình elip gần nhất và nằm ở vùng trung tâm của Cụm thiên hà Perseus. Đó là một thiên hà đang hoạt động, chứa một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm, tạo ra các bong bóng mang sóng rađiô giải phóng các vật liệu vào đám khí xung quanh. Đặc tính ngoạn mục nhất của nó là các sợi khí lấp lánh vươn ra bên ngoài thiên hà tới đám khí giải phóng tai X hàng triệu độ.

Những sợi này là nguồn ánh sáng nhìn thấy được duy nhất của mối quan hệ phức tạp giữa lỗ đen trung tâm và đám khí xung quanh. Chúng đem lại đầu mối quan trọng về ảnh hưởng của lỗ đen khổng lồ đến môi trường xung quanh nó.

Một nhóm các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng không gian Hubble NASA/ESA đã lần đầu tiên phân tích từng sợi khí nhỏ tạo nên sợi khí khổng lồ. Lượng khí có chứa trong một sợi khí nhỏ lớn gấp một triệu lần Mặt trời. Chúng chỉ rộng 200 năm ánh sáng, thường thẳng một cách đáng ngạc nhiên, và mở rộng đến 2000 năm ánh sáng. Sợi khí được hình thành khi khí lạnh ở trung tâm thiên hà tuôn trào khi các bọt khí được lỗ đen thổi ra.

Đây là một thách thức đối với các nhà thiên văn học để tìm hiểu về việc làm thế nào cấu trúc mỏng của sợi khí chịu đựng được khí hậu khắc nghiệt năng lượng cao của thiên hà trong hơn 100 triệu năm. Đáng lẽ chúng phải nóng lên, phân tán, và bay hơi trong một thời gian rất ngắn, hoặc rơi xuống do trọng lực của chính mình để tạo thành các ngôi sao. Điều khó hiểu hơn cả là chúng không bị phân tán bởi trong lực ở trung tâm thiên hà, 

Thiên hà khổng lồ NGC 1275, cũng được gọi là Perseus A, nằm ở trung tâm Cụm thiên hà Perseus. Bằng cách kết hợp các hình ảnh đa bước sóng lại với nhau, động năng của thiên hà có thể quan sát được. Chi tiết và cấu trúc từ bước sóng quang học, rađiô và tia X đã được kết hợp để tạo nên một bức ảnh toàn cảnh cho thấy sự kiện mãnh liệt xảy ra ở trung tâm của thiên hà. (Ảnh: NASA, ESA, NRAO và L. Frattare (STScl). X-ray: NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.; Radio: NRAO/VLA/G. Taylor; Optical: NASA, ESA, Hubble Heritage (STScl/Aura) – ESA/Hubble, và A. Fabian (Học viện thiên văn, đại học Cambridge, Vương quốc Anh)).

Nghiên cứu mới do Andy Fabian thuộc đại học Cambridge, vương quốc Anh chỉ đạo, được công bố trên tờ Nature ngày 21 tháng 8 năm 2008 nhân định rằng từ trường giữ khí nhiễm từ tại vị trí của mình và chống lại các lực có thể phá vỡ sợi khí. Cấu trúc này đã chống đỡ sợi khí đặc biệt dài này trong hơn 100 năm. Fabian cho biết: “Chúng ta có thể thấy rằng từ trường mang ý nghĩa quyết định đối vợi những sợi khí phức tạp này – đối với cả sự sống sót và tính toàn vẹn của chúng”. Dữ liệu mới của Hubble đồng thời xác định cường độ của từ trường trong những sợi khí từ kích thước của chúng. Những sợi khí mỏng hơn dễ đứt vỡ hơn và cần từ trường mạnh hơn. Tuy nhiên, sợi khí càng nhỏ thì càng khó quan sát.

Hệ thống sợi này ở NGC 1275 cung cấp ví dụ nổi bật nhất về hoạt động của các từ trường ngoài thiên hà và là sản phẩm hết sức ngoạn mục của hoạt động tương tác phức tạp giữa các đám khí và lỗ đen siêu lớn tại trung tâm thiên hà. Những mạng lưới sợi khí tương tự có thể được phát hiện ở nhiều thiên hà xa xôi khác. Chúng không thể được quan sát một cách chi tiết như NGC 1275, vì vậy nhóm nghiên cứu sẽ áp dụng hiểu biết sẵn có để tiến hành quan sát những thiên hà xa xôi hơn.

Tham khảo:

Fabian et al. Magnetic support of the optical emission line filaments in NGC 1275. Nature, 2008; 454 (7207): 968 DOI: 10.1038/nature07169