Khám phá khu vực bí ẩn ở trung tâm Dải Ngân hà làm "đau đầu" các nhà khoa học

Một đám mây bụi mờ hình hộp nằm ở trung tâm thiên hà của chúng ta từ lâu đã làm đau đầu các nhà khoa học và các quan sát mới đây, tiết lộ một chi tiết mới về thành phần cấu tạo của nó, đang khoét sâu thêm bí ẩn này, có thể đảo ngược những hiểu biết của chúng ta về cách hình thành các vì sao.

Dựa trên những hiểu biết hiện tại của các nhà nghiên cứu về sự hình thành sao, đám mây trên, có tên là Brick bởi hình dạng giống viên gạch của nó, trước đó ước tính có khối lượng gấp 100.000 lần Mặt trời và được cho là nơi sản xuất hàng loạt những ngôi sao nặng mới.

Nhưng thực tế lại không như vậy.

Brick gần như không hoạt động. Các quan sát gần đây sử dụng Kính thiên văn James Webb cũng không tiết lộ về bất kỳ ngôi sao trẻ đang ẩn nấp nào.

Khu vực trung tâm Dải ngân hà dưới ống kính của Kính Thiên văn Spitzer. Brick là đốm màu đen ở trung tâm của bức ảnh. (Ảnh: NASA).

Dữ liệu mới của James Webb thay vào đó tiết lộ Brick không chỉ được tạo nên từ khí. Nó cũng chứa các phân tử CO (Carbon monoxide) đóng băng - nhiều hơn hẳn so với dự tính, nghiên cứu công bố trên tạp chí Vật lý Thiên văn cho hay. Ngoài ra, có nhiều băng đang hình thành sâu trong Brick.

Các phát hiện này có thể chứa những thông tin hữu ích để các nhà khoa học phân tích khu vực này trong thời gian tới. Việc có nhiều CO băng bên trong Brick có thể thay đổi đáng kể cách các nhà nghiên cứu xem xét cũng như đo lường các đám mây tối ở trung tâm Dải Ngân hà.

"Chúng ta hiện đã tiến gần hơn để hiểu chính xác điều gì đang diễn ra trong Brick và khối lượng của nó", nhà thiên văn học Adam Ginsburg thuộc Đại học Florida, chủ nhiệm nghiên cứu cho hay.

Một trong những câu hỏi khiến các nhà khoa học đau đầu là: Tại sao và ở nơi nào CO đóng băng?

Những bí ẩn khác bao trùm lên khu vực này cũng chưa có câu trả lời: Tại sao chúng ta không thể nhìn thấy bất kỳ sự hình thành sao mới nào? Có phải Brick không đậm đặc như các nhà khoa học dự đoán?

"Chúng tôi có nhiều thứ cần tìm hiểu trước khi có thể thực sự chắc chắn điều gì đang diễn ra. Tôi muốn nói rằng chúng ta đang trong giai đoạn hình thành giả thuyết chứ không phải giai đoạn đưa ra kết luận", ông Ginsburg cho hay.

Dữ liệu mới từ Kính thiên văn James Webb

Ginsburg và các cộng sự của ông đã lần đầu tiên bắt tay vào nghiên cứu dữ liệu mới từ Webb vào tháng 9/2022.

Đây là một khoảnh khắc quan trọng. Khi kính thiên văn mạnh nhất thế giới này được xây dựng, nó đã cung cấp những hình ảnh chưa từng thấy về Brick. Tuy nhiên, theo nhà thiên văn học Ginsburg, "có quá nhiều ngôi sao ở trung tâm thiên hà gây hiểu lầm". Vì thế, các nhà nghiên cứu phải dành nhiều tháng để lọc dữ liệu, định hướng nó để sắp xếp chính xác bản đồ bầu trời. Sau đó, họ quan sát kỹ Brick và phát hiện ra rằng các hình ảnh từ Webb đã bị sai màu.

"Tất cả ngôi sao đang xuất hiện với màu xanh da trời hơi nhiều một chút", ông Ginsburg nói. Điều đó khiến các nhà nghiên cứu phân vân liệu có phải đã có sai sót nào xảy ra với dữ liệu từ James Webb hay không.

Tuy nhiên, theo ông, hóa ra là vấn đề nằm ở những suy đoán của họ. Các nhà khoa học không nghĩ có nhiều CO đóng băng tới vậy và đó là nguyên nhân thay đổi màu sắc.

Hình ảnh Brick được Kính thiên văn James Webb ghi lại. Đám mây này nằm gần trung tâm thiên hà cách Trái Đất 26.000 năm ánh sáng. (Ảnh: NASA).

Theo Tiến sĩ Natalie Butterfield thuộc Đài quan sát Vô tuyến Quốc gia, người không tham gia vào nghiên cứu trên, sự tồn tại của băng có thể đã dẫn đến hiệu ứng gợn sóng tại một số khu vực nghiên cứu ở trung tâm Dải Ngân hà.

Natalie Butterfield cho biết nghiên cứu của riêng bà - bao gồm nghiên cứu về các vụ nổ siêu tân tinh và vô tuyến giữa các hệ thống sao - có thể thay đổi vĩnh viễn hiểu biết về sự tồn tại của CO đóng băng. Nó có thể thay đổi cách các nhà khoa học ước tính về khối lượng tất cả đám mây ở trung tâm thiên hà.

Câu hỏi đằng sau sự tồn tại của CO

Có một số vấn đề phức tạp liên quan đến CO đóng băng ở Brick. Chẳng hạn, khu vực này khá ấm, khoảng âm 213 độ C, trong khi bình thường CO đóng băng ở âm 253 độ C.

Điều này có thể là bụi bên trong Brick lạnh hơn khí, khiến cho CO quanh các phân tử bụi biến thành thể rắn. Hoặc theo Ginsburg, có thể là nước đóng băng khiến cho CO mắc kẹt bên trong. Câu trả lời cho vấn đề này rất quan trọng. Tất cả băng trong khu vực như Brick có thể giúp các nhà khoa học có cái nhìn mới về Hệ Mặt trời của chúng ta, thậm chí chính hành tinh của chúng ta.

Chẳng hạn, băng và nước tồn tại trên Trái Đất có thể đến đây qua sao chổi. Vì thế, nơi băng tồn tại trong vũ trụ và cách nó hình thành có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu được các sao chổi đến từ đâu và chúng thu thập vật chất như thế nào.

Bí ẩn về sự hình thành sao trong Brick

Ngoài ra, có một bí ẩn lớn là tại sao lại thiếu sự hình thành sao trong Brick. Các nhà khoa học hiểu, các ngôi sao mới được hình thành từ các đám mây bụi và phân tử hydro nhưng họ không thể quan sát trực tiếp các phân tử này trong Brick hoặc ở bất kỳ nơi nào khác trong vũ trụ bởi chúng vô hình trước các kính thiên văn.

Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng biết rằng, mỗi phân tử hydro có thể sẽ có một lượng CO nhất định. Và CO thì có thể nhìn thấy, do đó các nhà khoa học có thể tính toán nó như một cách để xác định có bao nhiêu phân tử hydro trong một khu vực.

Hình ảnh Brick được Kính thiên văn James Webb ghi lại. (Ảnh: NASA)

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp này để tính toán các phân tử hydro trong 50 năm. Nhưng họ luôn cho rằng CO là thể khí chứ không phải tồn tại dưới dạng băng ở thể rắn như dữ liệu của James Webb tiết lộ. Phát hiện này đã mở ra những câu hỏi mới.

Ginsburg cho biết việc các nhà nghiên cứu hiểu về trạng thái của CO - ở thể rắn hay thể khí, đóng vai trò quan trọng để đưa ra câu trả lời chính xác.

Mỗi một hiểu biết mới về Brick và thành phần của nó lại lý giải rõ hơn việc tại sao đám mây mờ này không sinh ra các vì sao mặc dù lẽ ra nó phải là một trong những vườn ươm sao hoạt động mạnh nhất thiên hà.

"Đây là một nơi tự nhiên sinh ra các vì sao mới. Nhưng chúng tôi không tìm thấy nhiều vì sao mà chỉ thấy một vài, cụ thể là một số lượng rất nhỏ".

Có một số câu trả lời được Ginsburg và các cộng sự của ông nghĩ tới: "Có lẽ Brick đang mở rộng và ít đậm đặc hơn so với những gì các nhà khoa học từng nghĩ. Hoặc có lẽ nó quá trẻ và giai đoạn hình thành sao vẫn ở phía trước". Trong thời gian tới, Kính thiên văn James Webb với khả năng hoạt động mạnh mẽ có thể sẽ giúp các nhà nghiên cứu có nhiều câu trả lời hơn.

Cập nhật: 11/12/2023 VOV