Lý giải nguyên nhân các thiên hà trong vũ trụ có hình thù kỳ quái

Thiên hà tạo ra hình dạng của mình thông qua việc hình thành các sao mới ở trung tâm – chứ không phải theo nguyên tắc “sáp nhập” như chúng ta vẫn nghĩ. Phát hiện này có thể khiến các nhà thiên văn học phải xem xét lại về sự tiến hóa của thiên hà trong các lý thuyết hiện tại.

Năm 1926, nhà thiên văn nổi tiếng Edwin Hubble đã phát triển lược đồ phân loại hình thái cho các thiên hà. Dựa trên hình dạng của chúng, có thể chia các thiên hà thành ba nhóm cơ bản: elip, xoắn ốc và dạng thấu kính.

Kể từ đó, các nhà thiên văn học đã dành rất nhiều thời gian và nỗ lực để xác định xem các thiên hà đã phát triển ra sao trong hàng tỉ năm qua và có những hình dạng như bây giờ.

Một trong những lý thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất đến nay là hình dạng của thiên hà thay đổi do sự hợp nhất. Những đám mây nhỏ của các ngôi sao kết hợp lại với nhau do ảnh hưởng của lực hấp dẫn – điều này làm thay đổi kích thước và hình dạng của một thiên hà theo thời gian.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới của một nhóm các nhà khoa học quốc tế cho biết: các thiên hà có thể tạo ra hình dạng hiện tại của mình thông qua việc hình thành các sao mới ở trung tâm.

Nghiên cứu này với tiêu đề "Các lõi của vụ nổ sao trong các thiên hà lớn với z = 2,5" đã được xuất bản mới đây trên Tạp chí Vật lý thiên văn. Nghiên cứu được dẫn đầu bởi Tiến sĩ Ken-ichi Tadaki, nhà nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu Vật lý ngoài Trái đất Max Planck và Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản (NAOJ). Nhóm nghiên cứu đã tiến hành quan sát những thiên hà ở xa để hiểu rõ hơn quá trình thay đổi hình dạng của thiên hà.

Sơ đồ tiến hóa của một thiên hà. (Ảnh: NAOJ).

Nhóm đã sử dụng kính viễn vọng ở trên mặt đất để nghiên cứu 25 thiên hà cách Trái Đất khoảng 11 tỉ năm ánh sáng. Ở khoảng cách này, các nhà nghiên cứu thấy hình dạng của thiên hà giống như 11 tỉ năm trước, tức khoảng 3 tỉ năm sau vụ nổ Big Bang.

Thời kì còn khá sớm này lại trùng hợp với giai đoạn hình thành nền tảng của một lượng lớn thiên hà trong vũ trụ.

Nhà nghiên cứu Tadaki cho biết trong một thông cáo báo chí của NAOJ: "Các thiên hà khổng lồ có hình elip được hình thành từ sự va chạm của các thiên hà hình đĩa. Nhưng chúng ta không chắc chắn rằng tất cả các thiên hà elip đều hình thành theo cách này, vẫn có thể có một con đường khác".

Việc bắt được ánh sáng yếu ớt của những thiên hà ở cách xa Trái Đất không phải là việc dễ dàng nên nhóm nghiên cứu đã sử dụng ba kính viễn vọng trên mặt đất để có thể theo dõi chúng. Họ sử dụng kính thiên văn Subaru của NAOJ đặt ở Hawaii để chọn ra 25 thiên hà trong thời kỳ sơ khai và quan sát.

Sau đó, họ tiếp tục theo dõi chúng bằng kính viễn vọng không gian Hubble của NASA/ESA (HST) và kính thiên văn hiện đại nhất hiện nay - Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) đặt ở Chile.

HST có nhiệm vụ bắt ánh sáng từ các ngôi sao để xem xét hình dạng các thiên hà (khi chúng tồn tại cách đây 11 tỉ năm), còn ALMA theo dõi sóng dưới milimet phát ra từ những đám mây lạnh chứa bụi và khí, nơi những ngôi sao mới đang hình thành.

Bằng cách kết hợp cả hai kết quả này lại với nhau, các nhà nghiên cứu đã hoàn thành một bản báo cáo chi tiết về hình dạng các thiên hà cách đây 11 tỉ năm và sự thay đổi của các thiên hà qua thời gian.

Những kết quả tìm thấy đã hé lộ nhiều điều. Hình ảnh của HST cho thấy, ban đầu các thiên hà bị kìm hãm bởi hình dạng đĩa ở vùng trung tâm - trái ngược với tính năng phình to ra ở trung tâm mà chúng ta thấy ở các thiên hà hình xoắn ốc và dạng thấu kính.

Phát hiện mới về hình dạng của thiên hà. (Ảnh: NASA).

Trong khi đó, hình ảnh từ ALMA cho thấy ở gần trung tâm của những thiên hà này có các hồ chứa khí và bụi rất lớn. Điều đó trùng hợp với sự hình thành những ngôi sao với một tỉ lệ cao ở khu vực trên.

Để loại trừ khả năng sự hình thành những ngôi sao được tạo nên từ sự sáp nhập, nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ kính thiên văn rất lớn của Đài quan sát Paranal ở Chi Lê để kiểm tra. Họ xác nhận rằng không có dấu hiệu về những vụ va chạm thiên hà khối lượng lớn vào thời điểm đó.

Nhà nghiên cứu Tadaki giải thích: "Ở đây, chúng tôi đã có những chứng cứ chứng minh rằng: các lõi thiên hà dày đặc có thể được tạo ra mà không cần sự va chạm của thiên hà. Chúng cũng có thể được hình thành nhờ sự định hình của những ngôi sao trong “trái tim” của thiên hà”.

Những phát hiện này có thể khiến các nhà thiên văn học phải xem xét lại về sự tiến hóa của thiên hà trong các lý thuyết hiện tại. Những mô hình liên quan đến sự tiến hóa của vũ trụ và cả lịch sử thiên hà của chính chũng ta có lẽ cũng phải được đặt vấn đề lại.

Thậm chí nghiên cứu mới có thể buộc các nhà thiên văn học suy xét lại những thứ đã xảy ra trong một vài tỉ năm, kể từ khi Dải Ngân hà va chạm với Thiên hà Andromeda.

Như thường lệ, càng nghiên cứu sâu về vũ trụ thì chúng ta càng biết được nhiều điều về nó. Mỗi khi những phát hiện mới không phù hợp với suy đoán, mong đợi thì hiển nhiên chúng ta buộc phải sửa đổi lý thuyết của mình.