Phát hiện "tia laser vũ trụ" ở khoảng cách 8 tỷ năm ánh sáng

Mặc dù nghe có vẻ giống như thứ gì đó trong phim khoa học viễn tưởng thập niên 50, "tia laser không gian" là có thật và các nhà vật lý thiên văn hiện đã phát hiện ra tia laser sáng nhất và xa nhất từ ​​trước đến nay.

Siêu tia xạ “gigamaser” này phát ra từ một vụ va chạm thiên hà khổng lồ cách Trái Đất khoảng 8 tỷ năm ánh sáng, nơi khí bị nén đang kích thích các phân tử hydroxyl phát ra sóng radio mạnh ở cùng bước sóng.

Tia laser vi sóng khổng lồ phá kỷ lục đã được kính viễn vọng vô tuyến MeerKAT ở Nam Phi phát hiện, với sự hỗ trợ tự nhiên từ hiện tượng thấu kính hấp dẫn.

Nhà vật lý thiên văn học Thato Manamela ở Trường đại học Pretoria ở Nam Phi, cho biết: "Chúng ta đang quan sát thấy tia laser tương đương với sóng vô tuyến ở tận giữa vũ trụ. Không chỉ vậy, trong hành trình đến Trái Đất, sóng vô tuyến còn được khuếch đại thêm bởi một thiên hà nằm thẳng hàng hoàn hảo nhưng không liên quan. Thiên hà này hoạt động như một thấu kính, giống như giọt nước trên cửa kính, bởi vì khối lượng của nó làm cong không gian-thời gian cục bộ".

"Vì vậy, chúng ta có một tia laser vô tuyến đi qua một kính viễn vọng vũ trụ trước khi được phát hiện bởi kính viễn vọng vô tuyến MeerKAT mạnh mẽ - tất cả cùng nhau tạo nên một khám phá tình cờ tuyệt vời".

Mặc dù ngày nay chúng ta không còn coi nó như một thiết bị laser thực thụ nữa, nhưng từ "laser" ban đầu là một từ viết tắt. Nó là viết tắt của "light amplification by stimulated emission of radiation" (khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích), nhưng nếu bạn thay "ánh sáng" bằng "vi sóng", bạn sẽ có "maser".

Laser và maser đều hình thành trong những điều kiện tương tự. Cần có rất nhiều nguyên tử hoặc phân tử ở trạng thái kích thích, và các photon có năng lượng xác định chuyển động xung quanh. Khi một photon va chạm với một nguyên tử hoặc phân tử, nó có thể kích hoạt sự phát xạ của một photon khác ở cùng mức năng lượng. Những photon bổ sung này sau đó có thể tiếp tục gây ra sự giải phóng nhiều photon hơn nữa, khuếch đại sự phát xạ.

Maser vật lý thiên văn tự nhiên có thể xuất hiện trong các hệ thống như sao chổi được làm ấm bởi các ngôi sao, khí quyển hành tinh và sao, các vùng hình thành sao và tàn dư siêu tân tinh. Các phát xạ mạnh hơn, được gọi là megamaser, có thể được tạo ra bởi các sự kiện thậm chí còn mạnh hơn, như hố đen siêu khối lượng hoặc các thiên hà va chạm.

Ví dụ mới được phát hiện này được đặt tên là HATLAS J142935.3–002836, vượt xa trạng thái megamaser và tiến vào một loại hiếm hơn nữa được gọi là gigamaser. Chúng có thể sáng hơn hàng tỷ lần so với một maser thông thường.

Việc giải phóng lượng năng lượng lớn như vậy đòi hỏi một lò phản ứng khổng lồ, và trong trường hợp này, đó là sức mạnh của hai thiên hà va chạm vào nhau để trở thành một. Tương tác hấp dẫn mạnh mẽ nén khí và kích hoạt sự hình thành sao non. Các photon từ những ngôi sao mới sinh này kích thích các phân tử hydroxyl đang trôi nổi xung quanh, khuếch đại sự phát xạ vi sóng của chúng và tạo ra một gigamaser.