Thiên hà Andromeda lân cận của chúng ta (Messier 31, hay M31) dường như có sự sắp xếp mất cân bằng các thiên hà vệ tinh, thách thức các mô hình khoa học, làm bối rối các nhà thiên văn học đang cố gắng tìm hiểu lý do tại sao rất nhiều thành viên trong họ thiên hà này lại hướng về phía chúng ta. Tất cả trừ một trong 37 vệ tinh sáng nhất của M31 đều nằm ở phía xoắn ốc Andromeda đối diện với thiên hà Milky Way của chúng ta – ngoại trừ Messier 110, có thể dễ dàng nhìn thấy trong các hình ảnh nghiệp dư về thiên hà Andromeda.
"M31 là hệ thống duy nhất mà chúng ta biết có mức độ bất đối xứng cực độ như vậy", Kosuke Jamie Kanehisa thuộc Viện Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Potsdam ở Đức phát biểu với Space.com.
Theo mô hình chuẩn của vũ trụ học, vũ trụ chứa đầy những đám mây vật chất tối khổng lồ. Bên trong những đám mây này, các thiên hà lớn như Andromeda và Dải Ngân Hà của chúng ta phát triển — và chúng phát triển bằng cách hợp nhất với vô số các thiên hà lùn nhỏ hơn đã bị lực hấp dẫn của vật chất tối kéo vào. Các thiên hà lùn mà chúng ta thấy xung quanh các thiên hà lớn ngày nay là phần còn lại của quá trình hình thành này. Theo bức tranh về "sự phát triển theo thứ bậc" này, các thiên hà vệ tinh lùn này sẽ được phân tán ngẫu nhiên xung quanh các thiên hà lớn hơn. Tuy nhiên, đó không hẳn là những gì các nhà thiên văn học đang tìm thấy.
Một phần lớn các vệ tinh lùn của M31 bị giới hạn trong một mặt phẳng xung quanh Thiên hà Andromeda, đã được xác nhận vào đầu năm 2025 bởi Kính viễn vọng không gian Hubble, và một mặt phẳng vệ tinh tương tự tồn tại xung quanh Ngân Hà. Ngoài ra còn có bằng chứng tạm thời về một mặt phẳng vệ tinh xung quanh một thiên hà gần khác, Centaurus A. Đối với các thiên hà xa hơn, rất khó để tìm thấy các thiên hà lùn mờ và đo khoảng cách đến chúng, vì vậy các nhà thiên văn học không thể nói chắc chắn những hệ thống đó đang làm gì. Tuy nhiên, ngay cả các mặt phẳng của vệ tinh mà các nhà khoa học đã xác nhận cũng khó giải thích trong mô hình chuẩn của vũ trụ học.
Và bây giờ, M31 và các vệ tinh của nó đã trở nên bí ẩn hơn nữa, khi hầu hết các vệ tinh đó đều nằm ở phía M31 hướng về Ngân Hà.
Các mô phỏng mới của Kanehisa, cùng với các đồng nghiệp ở Potsdam là Marcel Pawlowski và Noam Libeskind, cho thấy rằng, theo mô hình chuẩn của vũ trụ học, khả năng có sự sắp xếp mất cân bằng như vậy là dưới 0,3%. Tuy nhiên, thiên hà gần chúng ta nhất lại đang đánh bại những khả năng đó. Vậy khi nào một sự trùng hợp chỉ là sự trùng hợp và khi nào nó mở ra một cánh cửa dẫn đến một bí ẩn sâu sắc hơn?
Các thiên hà lùn đều quay quanh M31 với các vận tốc và khoảng cách khác nhau; trong một tỷ năm nữa, chúng sẽ phân tán rộng hơn. Vì vậy, xét về bản chất, sự liên kết hiện tại chỉ có thể được coi là một sự trùng hợp. Tuy nhiên, xác suất xảy ra sự trùng hợp này thấp có nghĩa là các nhà khoa học khó có thể tin vào loại sự trùng hợp này.
Nếu một vật gì đó trong vũ trụ xuất hiện theo một cách nào đó, thì thường là do có thứ gì đó khiến nó trở nên như vậy. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng chắc chắn nào chỉ ra bất kỳ lời giải thích cụ thể nào, ngoài việc sự liên kết này hiện có, nguyên nhân của nó phải là gần đây.
"Những điều sau đây chỉ là suy đoán, nhưng tôi cho rằng thủ phạm tiềm ẩn đằng sau sự khác biệt của hệ thống M31 với các kỳ vọng vũ trụ học là một số lịch sử bồi tụ độc đáo", Kanehisa cho biết. "Thực tế là chúng ta thấy các vệ tinh của M31 trong cấu hình không ổn định này ngày nay —-- điều này thật kỳ lạ, nói một cách nhẹ nhàng nhất — có thể chỉ ra rằng nhiều vệ tinh đã rơi vào gần đây, có thể liên quan đến vụ sáp nhập lớn được cho là đã xảy ra với Andromeda khoảng hai đến ba tỷ năm trước."
Vụ sáp nhập lớn này liên quan đến một thiên hà cỡ trung bị nuốt chửng bởi thiên hà Andromeda lớn hơn. Chuyến chìm sâu vào Andromeda gần đây của Kính viễn vọng Không gian Hubble đã có thể theo dõi tình trạng hỗn loạn trong M31 mà vụ sáp nhập để lại: các luồng sao bị ăn thịt từ thiên hà bị M31 nuốt chửng và tạo ra một vụ nổ hình thành sao. Tuy nhiên, ngay cả khi các thiên hà lùn là những thiên hà mới xuất hiện và tụt hậu so với vụ sáp nhập thiên hà đó, thì vẫn không giải thích được tại sao tất cả chúng đều ở phía M31 đối diện với thiên hà Milky Way của chúng ta.
Một suy nghĩ khác là, liệu các thiên hà lùn ở phía bên kia của M31 có thực sự hướng đến thủ phạm không? Không hẳn vậy. Nếu Ngân Hà của chúng ta thực sự đóng một vai trò nào đó, thì chúng ta có thể mong đợi hệ thống các vệ tinh lùn của chúng ta sẽ thể hiện sự mất cân bằng của riêng chúng đối với M31 — nhưng chúng không làm vậy, và lực thủy triều hấp dẫn giữa hai thiên hà không đủ mạnh để kéo các sao lùn của M31 vào sự sắp xếp này.
Cũng có một số cảnh báo cần lưu ý về sự mất cân bằng khó có thể xảy ra do các vệ tinh của M31 thể hiện.
Dữ liệu chính xác liên quan đến chuyển động của các thiên hà lùn chỉ được biết đến đối với bốn vệ tinh của M31 (năm nếu tính cả IC 10, một thành viên gây tranh cãi của hệ thống M31), điều đó có nghĩa là các mô phỏng có thể hơi thô sơ. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học đang hướng đến mục tiêu xác định chuyển động của ít nhất một tá sao lùn M31 với độ chính xác cao trong vòng một hoặc hai năm nữa với việc phát hành tập dữ liệu tiếp theo từ sứ mệnh trắc quang Gaia.
"Khi chúng ta có một mẫu sao lùn M31 đáng kể hơn với chuyển động thích hợp, chúng ta sẽ có vị thế tốt hơn để nghiên cứu sự tiến hóa theo thời gian của sự bất đối xứng được quan sát thấy", Kanehisa cho biết. Nói cách khác, chúng ta sẽ có thể hiểu rõ hơn về thời gian mà sự liên kết mất cân bằng này có thể duy trì.
Một cảnh báo khác là có khả năng vẫn còn nhiều thiên hà sao lùn vệ tinh mờ hơn, chưa được phát hiện, xung quanh M31. Chúng ta biết rằng điều này có thể đúng vì mô hình chuẩn của vũ trụ học dự đoán rằng sẽ có nhiều vệ tinh sao lùn xung quanh cả M31 và Ngân Hà của chúng ta hơn những gì chúng ta hiện tìm thấy. Những sao lùn chưa được phát hiện này sẽ nhỏ và chứa ít ngôi sao, khiến chúng khó được xác định. Thật vậy, thiên hà lùn mờ nhất hiện được biết đến xung quanh M31, có tên là Andromeda XXXV, được tìm thấy ở phía xa của M31 và không rơi vào mô hình mất cân bằng của các thiên hà khác.
"Chúng ta cần chờ xem liệu sự bất đối xứng toàn cầu có tiếp diễn khi phát hiện ra các thiên hà lùn mờ hơn hay không, mặc dù nếu chúng ta phát hiện ra rằng chỉ có các thiên hà lùn sáng hơn tham gia vào sự bất đối xứng này, điều này cũng sẽ đặt ra thêm một số câu hỏi về nguồn gốc của chúng", Kanehisa cho biết.
Câu chuyện liên quan:
— Các thiên hà lùn của Andromeda hình thành như thế nào? Kính viễn vọng Hubble tìm thấy nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời
— 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 Hubble phát hiện ra các ngôi sao có tính khí thất thường có thể làm hỏng tầm nhìn của chúng ta về hàng nghìn ngoại hành tinh
Cảnh báo cuối cùng là có lẽ sự liên kết của hệ thống M31 không phải là không thể xảy ra như chúng ta nghĩ. Rất ít thiên hà nào ngoài Nhóm Địa phương của chúng ta có họ thiên hà lùn được lập bản đồ chi tiết — các thiên hà chỉ quá xa và quá mờ, và những thiên hà mà chúng ta có thể phát hiện ra thì không có phép đo khoảng cách chính xác, vì vậy chúng ta không thể chắc chắn chúng nằm ở phía nào của thiên hà mẹ của chúng.
"Chúng ta vẫn chưa thể chắc chắn rằng các hệ thống cực đoan tương tự không tồn tại ngoài kia, hoặc rằng các hệ thống như vậy sẽ cực kỳ hiếm", Kanehisa cho biết.
Họ thiên hà lùn của Thiên hà Andromeda là một điều bí ẩn. Đầu tiên là mặt phẳng phẳng bất thường mà hơn một nửa trong số chúng quay quanh, và bây giờ là sự mất cân bằng này. Điều đó chỉ cho thấy rằng đôi khi chính những người hàng xóm gần nhất của chúng ta lại là những người xa lạ nhất đối với chúng ta.
Những phát hiện này đã được công bố vào ngày 11 tháng 4 trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên.
"M31 là hệ thống duy nhất mà chúng ta biết có mức độ bất đối xứng cực độ như vậy", Kosuke Jamie Kanehisa thuộc Viện Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Potsdam ở Đức phát biểu với Space.com.
Theo mô hình chuẩn của vũ trụ học, vũ trụ chứa đầy những đám mây vật chất tối khổng lồ. Bên trong những đám mây này, các thiên hà lớn như Andromeda và Dải Ngân Hà của chúng ta phát triển — và chúng phát triển bằng cách hợp nhất với vô số các thiên hà lùn nhỏ hơn đã bị lực hấp dẫn của vật chất tối kéo vào. Các thiên hà lùn mà chúng ta thấy xung quanh các thiên hà lớn ngày nay là phần còn lại của quá trình hình thành này. Theo bức tranh về "sự phát triển theo thứ bậc" này, các thiên hà vệ tinh lùn này sẽ được phân tán ngẫu nhiên xung quanh các thiên hà lớn hơn. Tuy nhiên, đó không hẳn là những gì các nhà thiên văn học đang tìm thấy.
Một phần lớn các vệ tinh lùn của M31 bị giới hạn trong một mặt phẳng xung quanh Thiên hà Andromeda, đã được xác nhận vào đầu năm 2025 bởi Kính viễn vọng không gian Hubble, và một mặt phẳng vệ tinh tương tự tồn tại xung quanh Ngân Hà. Ngoài ra còn có bằng chứng tạm thời về một mặt phẳng vệ tinh xung quanh một thiên hà gần khác, Centaurus A. Đối với các thiên hà xa hơn, rất khó để tìm thấy các thiên hà lùn mờ và đo khoảng cách đến chúng, vì vậy các nhà thiên văn học không thể nói chắc chắn những hệ thống đó đang làm gì. Tuy nhiên, ngay cả các mặt phẳng của vệ tinh mà các nhà khoa học đã xác nhận cũng khó giải thích trong mô hình chuẩn của vũ trụ học.
Và bây giờ, M31 và các vệ tinh của nó đã trở nên bí ẩn hơn nữa, khi hầu hết các vệ tinh đó đều nằm ở phía M31 hướng về Ngân Hà.
Các mô phỏng mới của Kanehisa, cùng với các đồng nghiệp ở Potsdam là Marcel Pawlowski và Noam Libeskind, cho thấy rằng, theo mô hình chuẩn của vũ trụ học, khả năng có sự sắp xếp mất cân bằng như vậy là dưới 0,3%. Tuy nhiên, thiên hà gần chúng ta nhất lại đang đánh bại những khả năng đó. Vậy khi nào một sự trùng hợp chỉ là sự trùng hợp và khi nào nó mở ra một cánh cửa dẫn đến một bí ẩn sâu sắc hơn?
Các thiên hà lùn đều quay quanh M31 với các vận tốc và khoảng cách khác nhau; trong một tỷ năm nữa, chúng sẽ phân tán rộng hơn. Vì vậy, xét về bản chất, sự liên kết hiện tại chỉ có thể được coi là một sự trùng hợp. Tuy nhiên, xác suất xảy ra sự trùng hợp này thấp có nghĩa là các nhà khoa học khó có thể tin vào loại sự trùng hợp này.
Nếu một vật gì đó trong vũ trụ xuất hiện theo một cách nào đó, thì thường là do có thứ gì đó khiến nó trở nên như vậy. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng chắc chắn nào chỉ ra bất kỳ lời giải thích cụ thể nào, ngoài việc sự liên kết này hiện có, nguyên nhân của nó phải là gần đây.
"Những điều sau đây chỉ là suy đoán, nhưng tôi cho rằng thủ phạm tiềm ẩn đằng sau sự khác biệt của hệ thống M31 với các kỳ vọng vũ trụ học là một số lịch sử bồi tụ độc đáo", Kanehisa cho biết. "Thực tế là chúng ta thấy các vệ tinh của M31 trong cấu hình không ổn định này ngày nay —-- điều này thật kỳ lạ, nói một cách nhẹ nhàng nhất — có thể chỉ ra rằng nhiều vệ tinh đã rơi vào gần đây, có thể liên quan đến vụ sáp nhập lớn được cho là đã xảy ra với Andromeda khoảng hai đến ba tỷ năm trước."
Vụ sáp nhập lớn này liên quan đến một thiên hà cỡ trung bị nuốt chửng bởi thiên hà Andromeda lớn hơn. Chuyến chìm sâu vào Andromeda gần đây của Kính viễn vọng Không gian Hubble đã có thể theo dõi tình trạng hỗn loạn trong M31 mà vụ sáp nhập để lại: các luồng sao bị ăn thịt từ thiên hà bị M31 nuốt chửng và tạo ra một vụ nổ hình thành sao. Tuy nhiên, ngay cả khi các thiên hà lùn là những thiên hà mới xuất hiện và tụt hậu so với vụ sáp nhập thiên hà đó, thì vẫn không giải thích được tại sao tất cả chúng đều ở phía M31 đối diện với thiên hà Milky Way của chúng ta.
Một suy nghĩ khác là, liệu các thiên hà lùn ở phía bên kia của M31 có thực sự hướng đến thủ phạm không? Không hẳn vậy. Nếu Ngân Hà của chúng ta thực sự đóng một vai trò nào đó, thì chúng ta có thể mong đợi hệ thống các vệ tinh lùn của chúng ta sẽ thể hiện sự mất cân bằng của riêng chúng đối với M31 — nhưng chúng không làm vậy, và lực thủy triều hấp dẫn giữa hai thiên hà không đủ mạnh để kéo các sao lùn của M31 vào sự sắp xếp này.
Cũng có một số cảnh báo cần lưu ý về sự mất cân bằng khó có thể xảy ra do các vệ tinh của M31 thể hiện.
Dữ liệu chính xác liên quan đến chuyển động của các thiên hà lùn chỉ được biết đến đối với bốn vệ tinh của M31 (năm nếu tính cả IC 10, một thành viên gây tranh cãi của hệ thống M31), điều đó có nghĩa là các mô phỏng có thể hơi thô sơ. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học đang hướng đến mục tiêu xác định chuyển động của ít nhất một tá sao lùn M31 với độ chính xác cao trong vòng một hoặc hai năm nữa với việc phát hành tập dữ liệu tiếp theo từ sứ mệnh trắc quang Gaia.
"Khi chúng ta có một mẫu sao lùn M31 đáng kể hơn với chuyển động thích hợp, chúng ta sẽ có vị thế tốt hơn để nghiên cứu sự tiến hóa theo thời gian của sự bất đối xứng được quan sát thấy", Kanehisa cho biết. Nói cách khác, chúng ta sẽ có thể hiểu rõ hơn về thời gian mà sự liên kết mất cân bằng này có thể duy trì.
Một cảnh báo khác là có khả năng vẫn còn nhiều thiên hà sao lùn vệ tinh mờ hơn, chưa được phát hiện, xung quanh M31. Chúng ta biết rằng điều này có thể đúng vì mô hình chuẩn của vũ trụ học dự đoán rằng sẽ có nhiều vệ tinh sao lùn xung quanh cả M31 và Ngân Hà của chúng ta hơn những gì chúng ta hiện tìm thấy. Những sao lùn chưa được phát hiện này sẽ nhỏ và chứa ít ngôi sao, khiến chúng khó được xác định. Thật vậy, thiên hà lùn mờ nhất hiện được biết đến xung quanh M31, có tên là Andromeda XXXV, được tìm thấy ở phía xa của M31 và không rơi vào mô hình mất cân bằng của các thiên hà khác.
"Chúng ta cần chờ xem liệu sự bất đối xứng toàn cầu có tiếp diễn khi phát hiện ra các thiên hà lùn mờ hơn hay không, mặc dù nếu chúng ta phát hiện ra rằng chỉ có các thiên hà lùn sáng hơn tham gia vào sự bất đối xứng này, điều này cũng sẽ đặt ra thêm một số câu hỏi về nguồn gốc của chúng", Kanehisa cho biết.
Câu chuyện liên quan:
— Các thiên hà lùn của Andromeda hình thành như thế nào? Kính viễn vọng Hubble tìm thấy nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời
— 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 Hubble phát hiện ra các ngôi sao có tính khí thất thường có thể làm hỏng tầm nhìn của chúng ta về hàng nghìn ngoại hành tinh
Cảnh báo cuối cùng là có lẽ sự liên kết của hệ thống M31 không phải là không thể xảy ra như chúng ta nghĩ. Rất ít thiên hà nào ngoài Nhóm Địa phương của chúng ta có họ thiên hà lùn được lập bản đồ chi tiết — các thiên hà chỉ quá xa và quá mờ, và những thiên hà mà chúng ta có thể phát hiện ra thì không có phép đo khoảng cách chính xác, vì vậy chúng ta không thể chắc chắn chúng nằm ở phía nào của thiên hà mẹ của chúng.
"Chúng ta vẫn chưa thể chắc chắn rằng các hệ thống cực đoan tương tự không tồn tại ngoài kia, hoặc rằng các hệ thống như vậy sẽ cực kỳ hiếm", Kanehisa cho biết.
Họ thiên hà lùn của Thiên hà Andromeda là một điều bí ẩn. Đầu tiên là mặt phẳng phẳng bất thường mà hơn một nửa trong số chúng quay quanh, và bây giờ là sự mất cân bằng này. Điều đó chỉ cho thấy rằng đôi khi chính những người hàng xóm gần nhất của chúng ta lại là những người xa lạ nhất đối với chúng ta.
Những phát hiện này đã được công bố vào ngày 11 tháng 4 trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên.
