Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một tập hợp các thiên hà nhỏ nằm cách chúng ta khoảng 3 triệu năm ánh sáng, bao gồm thiên hà nhỏ nhất và mờ nhất từng được nhìn thấy.
Thiên hà này, được gọi là Andromeda XXXV, và các thiên hà đồng hành của nó quay quanh thiên hà láng giềng của chúng ta, Andromeda, có thể thay đổi cách chúng ta nghĩ về quá trình tiến hóa của vũ trụ.
Đó là bởi vì các thiên hà lùn nhỏ như vậy đáng lẽ phải bị phá hủy trong điều kiện nóng hơn và đặc hơn của vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, bằng cách nào đó, thiên hà nhỏ bé này đã sống sót mà không bị chiên.
"Đây là những thiên hà hoạt động hoàn toàn, nhưng chúng chỉ bằng khoảng một phần triệu kích thước của Ngân Hà", thành viên nhóm nghiên cứu và giáo sư Đại học Michigan Eric Bell cho biết trong một tuyên bố. "Giống như có một con người hoạt động hoàn hảo có kích thước bằng một hạt gạo vậy".
Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều điều về các thiên hà lùn mà các nhà khoa học chưa biết. Nguyên nhân là vì chúng nhỏ hơn, mờ hơn nhiều so với các thiên hà lớn, khiến chúng khó phát hiện hơn và khó nghiên cứu hơn ở khoảng cách xa.
Mặc dù các nhà thiên văn học đã có thể xác định được nhiều thiên hà lùn quay quanh Ngân Hà, nhưng việc xác định các thiên hà lùn xung quanh các thiên hà sáng láng lân cận của chúng ta lại vô cùng khó khăn. Điều này có nghĩa là các thiên hà lùn của Ngân Hà là nguồn thông tin duy nhất của chúng ta về các thiên hà vệ tinh nhỏ.
Nhiệm vụ này ít thách thức hơn một chút xung quanh thiên hà lớn gần Ngân Hà nhất, Andromeda. Các thiên hà lùn khác đã được phát hiện xung quanh Andromeda trước đây, nhưng chúng lớn và sáng, do đó chỉ xác nhận thông tin mà các nhà thiên văn học đã thu thập được về các thiên hà lùn xung quanh Ngân Hà.
Để khám phá ra các thiên hà lùn nhỏ hơn và mờ hơn đang thay đổi mô hình này, trưởng nhóm Marcos Arias, một nhà thiên văn học tại Đại học Michigan, cùng các đồng nghiệp đã tìm kiếm trong nhiều tập dữ liệu thiên văn khổng lồ. Nhóm nghiên cứu cũng có thể có được thời gian với Kính viễn vọng không gian Hubble để hỗ trợ cho cuộc tìm kiếm của họ.
Điều này tiết lộ rằng Andromeda XXXV không chỉ là một thiên hà vệ tinh mà còn đủ nhỏ để thay đổi các lý thuyết về cách các thiên hà tiến hóa.
"Điều đó thực sự đáng ngạc nhiên", Bell nói. "Đó là thứ mờ nhạt nhất mà bạn tìm thấy xung quanh, vì vậy nó chỉ là một hệ thống gọn gàng. Nhưng nó cũng bất ngờ theo nhiều cách khác nhau".
"Hầu hết các vệ tinh của Ngân Hà đều có quần thể sao rất cổ xưa. Chúng ngừng hình thành sao khoảng 10 tỷ năm trước", Arias giải thích. "Những gì chúng ta đang thấy là các vệ tinh tương tự trong Andromeda có thể hình thành các ngôi sao cách đây vài tỷ năm — khoảng 6 tỷ năm."
Sự hình thành sao đòi hỏi nguồn cung cấp khí và bụi ổn định để sụp đổ và sinh ra các thiên thể sao. Khi khí đó biến mất, quá trình hình thành sao dừng lại và thiên hà "chết".
Do đó, Bell đã mô tả tình hình xung quanh các thiên hà nhỏ này là một "bí ẩn giết người". Liệu quá trình hình thành sao có kết thúc khi nguồn cung cấp khí của các thiên hà lùn tự cạn kiệt hay khi các khí này bị một thiên hà lớn hút hết do lực hấp dẫn?
Trong trường hợp của Ngân Hà, có vẻ như khí để hình thành sao tự cạn kiệt; tuy nhiên, đối với các thiên hà nhỏ hơn xung quanh Andromeda, có vẻ như chúng đã bị "giết" bởi thiên hà mẹ của chúng.
"Có vẻ hơi tối, nhưng liệu chúng có tự sụp đổ hay bị đẩy không? Những thiên hà này có vẻ đã bị đẩy", Bell nói. "Với điều đó, chúng ta đã học được một điều gì đó mới về mặt định tính về sự hình thành thiên hà từ họ."
Điều thậm chí còn kỳ lạ hơn là thời kỳ hình thành sao kéo dài của Andromeda XXXV. Để hiểu lý do tại sao, cần phải quay ngược thời gian về thời điểm ra đời của những thiên hà đầu tiên.
Những ngôi sao và thiên hà này phát ra năng lượng giống như những lỗ đen đầu tiên làm nóng lại vũ trụ. Điều này báo hiệu cái chết của các thiên hà rất nhỏ, và các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng nhiệt này đã "làm chín" khí cần thiết cho quá trình hình thành sao trong các tập hợp sao như vậy.
Tuy nhiên, bằng cách nào đó, Andromeda XXXV vẫn sống sót!
"Chúng tôi nghĩ rằng về cơ bản tất cả chúng đều sẽ bị chiên vì toàn bộ vũ trụ đã biến thành một thùng dầu sôi", Bell nói. "Chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ mất hoàn toàn khí, nhưng rõ ràng điều đó không xảy ra, vì vật thể này có khối lượng khoảng 20.000 lần khối lượng mặt trời nhưng nó vẫn hình thành các ngôi sao bình thường trong vài tỷ năm nữa."
Làm thế nào mà Andromeda XXXV có thể chống lại được việc bị chiên rán vẫn là một bí ẩn.
"Tôi không có câu trả lời", Bell nói. "Vẫn đúng là vũ trụ đã nóng lên; chúng ta chỉ đang biết rằng hậu quả phức tạp hơn chúng ta nghĩ."
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian Hubble tiết lộ góc nhìn phong phú nhất về thiên hà Andromeda cho đến nay (hình ảnh)
— Kính viễn vọng không gian Hubble phát hiện ra rằng các ngôi sao nóng tính có thể đang phá hỏng tầm nhìn của chúng ta về hàng nghìn ngoại hành tinh
— Kính viễn vọng không gian Hubble hướng mắt tới kẹo bông vũ trụ gần Tinh vân Tarantula (ảnh)
NASA và các cơ quan không gian khác đang lập kế hoạch cho các sứ mệnh có thể khám phá thêm các thiên hà lùn xung quanh các thiên hà lớn khác và giúp giải quyết bí ẩn này. Nhưng có khả năng lớn là giải pháp này sẽ mở ra những câu hỏi mới giống như việc phát hiện ra Andromeda XXXV.
"Chúng ta vẫn còn nhiều điều phải khám phá", Arias nói. "Có rất nhiều điều chúng ta vẫn cần phải tìm hiểu — thậm chí là về những gì gần chúng ta — về mặt hình thành, tiến hóa và cấu trúc thiên hà trước khi chúng ta có thể đảo ngược quá trình thiết kế lịch sử của vũ trụ và hiểu được cách chúng ta đến được nơi chúng ta đang ở ngày hôm nay".
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Ba (ngày 11 tháng 3) trên Tạp chí Astrophysical Journal Letters.
Thiên hà này, được gọi là Andromeda XXXV, và các thiên hà đồng hành của nó quay quanh thiên hà láng giềng của chúng ta, Andromeda, có thể thay đổi cách chúng ta nghĩ về quá trình tiến hóa của vũ trụ.
Đó là bởi vì các thiên hà lùn nhỏ như vậy đáng lẽ phải bị phá hủy trong điều kiện nóng hơn và đặc hơn của vũ trụ sơ khai. Tuy nhiên, bằng cách nào đó, thiên hà nhỏ bé này đã sống sót mà không bị chiên.
"Đây là những thiên hà hoạt động hoàn toàn, nhưng chúng chỉ bằng khoảng một phần triệu kích thước của Ngân Hà", thành viên nhóm nghiên cứu và giáo sư Đại học Michigan Eric Bell cho biết trong một tuyên bố. "Giống như có một con người hoạt động hoàn hảo có kích thước bằng một hạt gạo vậy".
Gặp gỡ Andromeda XXXV
Bản thân các thiên hà lùn không phải là điều gì mới mẻ đối với các nhà khoa học. Thiên hà của chúng ta, Ngân Hà, được quay quanh bởi hàng chục thiên hà vệ tinh này bị kẹt trong sự kìm kẹp của các thiên hà lớn hơn của nó.Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều điều về các thiên hà lùn mà các nhà khoa học chưa biết. Nguyên nhân là vì chúng nhỏ hơn, mờ hơn nhiều so với các thiên hà lớn, khiến chúng khó phát hiện hơn và khó nghiên cứu hơn ở khoảng cách xa.
Mặc dù các nhà thiên văn học đã có thể xác định được nhiều thiên hà lùn quay quanh Ngân Hà, nhưng việc xác định các thiên hà lùn xung quanh các thiên hà sáng láng lân cận của chúng ta lại vô cùng khó khăn. Điều này có nghĩa là các thiên hà lùn của Ngân Hà là nguồn thông tin duy nhất của chúng ta về các thiên hà vệ tinh nhỏ.
Nhiệm vụ này ít thách thức hơn một chút xung quanh thiên hà lớn gần Ngân Hà nhất, Andromeda. Các thiên hà lùn khác đã được phát hiện xung quanh Andromeda trước đây, nhưng chúng lớn và sáng, do đó chỉ xác nhận thông tin mà các nhà thiên văn học đã thu thập được về các thiên hà lùn xung quanh Ngân Hà.
Để khám phá ra các thiên hà lùn nhỏ hơn và mờ hơn đang thay đổi mô hình này, trưởng nhóm Marcos Arias, một nhà thiên văn học tại Đại học Michigan, cùng các đồng nghiệp đã tìm kiếm trong nhiều tập dữ liệu thiên văn khổng lồ. Nhóm nghiên cứu cũng có thể có được thời gian với Kính viễn vọng không gian Hubble để hỗ trợ cho cuộc tìm kiếm của họ.
Điều này tiết lộ rằng Andromeda XXXV không chỉ là một thiên hà vệ tinh mà còn đủ nhỏ để thay đổi các lý thuyết về cách các thiên hà tiến hóa.
"Điều đó thực sự đáng ngạc nhiên", Bell nói. "Đó là thứ mờ nhạt nhất mà bạn tìm thấy xung quanh, vì vậy nó chỉ là một hệ thống gọn gàng. Nhưng nó cũng bất ngờ theo nhiều cách khác nhau".
Một bí ẩn về vụ giết người trong vũ trụ
Một trong những khía cạnh chính của quá trình tiến hóa thiên hà là thời gian hình thành sao của chúng kéo dài bao lâu. Đây có vẻ là sự khác biệt chính giữa các thiên hà lùn của Ngân Hà và các thiên hà vệ tinh nhỏ hơn của Andromeda."Hầu hết các vệ tinh của Ngân Hà đều có quần thể sao rất cổ xưa. Chúng ngừng hình thành sao khoảng 10 tỷ năm trước", Arias giải thích. "Những gì chúng ta đang thấy là các vệ tinh tương tự trong Andromeda có thể hình thành các ngôi sao cách đây vài tỷ năm — khoảng 6 tỷ năm."
Sự hình thành sao đòi hỏi nguồn cung cấp khí và bụi ổn định để sụp đổ và sinh ra các thiên thể sao. Khi khí đó biến mất, quá trình hình thành sao dừng lại và thiên hà "chết".
Do đó, Bell đã mô tả tình hình xung quanh các thiên hà nhỏ này là một "bí ẩn giết người". Liệu quá trình hình thành sao có kết thúc khi nguồn cung cấp khí của các thiên hà lùn tự cạn kiệt hay khi các khí này bị một thiên hà lớn hút hết do lực hấp dẫn?
Trong trường hợp của Ngân Hà, có vẻ như khí để hình thành sao tự cạn kiệt; tuy nhiên, đối với các thiên hà nhỏ hơn xung quanh Andromeda, có vẻ như chúng đã bị "giết" bởi thiên hà mẹ của chúng.
"Có vẻ hơi tối, nhưng liệu chúng có tự sụp đổ hay bị đẩy không? Những thiên hà này có vẻ đã bị đẩy", Bell nói. "Với điều đó, chúng ta đã học được một điều gì đó mới về mặt định tính về sự hình thành thiên hà từ họ."
Điều thậm chí còn kỳ lạ hơn là thời kỳ hình thành sao kéo dài của Andromeda XXXV. Để hiểu lý do tại sao, cần phải quay ngược thời gian về thời điểm ra đời của những thiên hà đầu tiên.
Tại sao Andromeda XXXV không phải là một thiên hà 'chiên ngập dầu'?
Kỷ nguyên đầu tiên của vũ trụ được đánh dấu bằng những điều kiện cực kỳ nóng và đặc. Giai đoạn lạm phát này, bắt đầu từ Vụ nổ lớn, tiếp tục diễn ra, và vũ trụ phân tán và nguội đi. Điều này cho phép các nguyên tử hydro đầu tiên hình thành, sinh ra những ngôi sao đầu tiên, tập hợp trong các thiên hà đầu tiên.Những ngôi sao và thiên hà này phát ra năng lượng giống như những lỗ đen đầu tiên làm nóng lại vũ trụ. Điều này báo hiệu cái chết của các thiên hà rất nhỏ, và các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng nhiệt này đã "làm chín" khí cần thiết cho quá trình hình thành sao trong các tập hợp sao như vậy.
Tuy nhiên, bằng cách nào đó, Andromeda XXXV vẫn sống sót!
"Chúng tôi nghĩ rằng về cơ bản tất cả chúng đều sẽ bị chiên vì toàn bộ vũ trụ đã biến thành một thùng dầu sôi", Bell nói. "Chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ mất hoàn toàn khí, nhưng rõ ràng điều đó không xảy ra, vì vật thể này có khối lượng khoảng 20.000 lần khối lượng mặt trời nhưng nó vẫn hình thành các ngôi sao bình thường trong vài tỷ năm nữa."
Làm thế nào mà Andromeda XXXV có thể chống lại được việc bị chiên rán vẫn là một bí ẩn.
"Tôi không có câu trả lời", Bell nói. "Vẫn đúng là vũ trụ đã nóng lên; chúng ta chỉ đang biết rằng hậu quả phức tạp hơn chúng ta nghĩ."
Câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian Hubble tiết lộ góc nhìn phong phú nhất về thiên hà Andromeda cho đến nay (hình ảnh)
— Kính viễn vọng không gian Hubble phát hiện ra rằng các ngôi sao nóng tính có thể đang phá hỏng tầm nhìn của chúng ta về hàng nghìn ngoại hành tinh
— Kính viễn vọng không gian Hubble hướng mắt tới kẹo bông vũ trụ gần Tinh vân Tarantula (ảnh)
NASA và các cơ quan không gian khác đang lập kế hoạch cho các sứ mệnh có thể khám phá thêm các thiên hà lùn xung quanh các thiên hà lớn khác và giúp giải quyết bí ẩn này. Nhưng có khả năng lớn là giải pháp này sẽ mở ra những câu hỏi mới giống như việc phát hiện ra Andromeda XXXV.
"Chúng ta vẫn còn nhiều điều phải khám phá", Arias nói. "Có rất nhiều điều chúng ta vẫn cần phải tìm hiểu — thậm chí là về những gì gần chúng ta — về mặt hình thành, tiến hóa và cấu trúc thiên hà trước khi chúng ta có thể đảo ngược quá trình thiết kế lịch sử của vũ trụ và hiểu được cách chúng ta đến được nơi chúng ta đang ở ngày hôm nay".
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Ba (ngày 11 tháng 3) trên Tạp chí Astrophysical Journal Letters.
