Hé lộ cấu trúc thật của Ngân Hà: Hỗn độn và xù xì như bọt biển?

[Nhung Phan]

Hóa ra, những bản đồ không gian mà ta từng học về Ngân Hà chỉ mới là "bản demo". Một nhóm nhà thiên văn vừa công bố bản đồ mới cực kỳ chi tiết về lớp khí hydro ở rìa ngoài của dải Ngân Hà, và điều họ phát hiện khiến cả giới khoa học bất ngờ: Dải Ngân Hà không trơn tru, gọn gàng mà loang lổ, bông xù và phức tạp hơn rất nhiều.

Điều thú vị là, họ không dùng phương pháp cũ kiểu đo vận tốc và đoán khoảng cách, mà dùng một cách tiếp cận thông minh hơn: định vị những ngôi sao trẻ tuổi và so sánh chúng với các cụm khí gas. Phương pháp này không những chính xác hơn mà còn cho thấy cấu trúc "tufty" – tức là lổn nhổn như bọt biển – của các đám mây khí hydro mà trước đây ít ai để ý.

Vì sao đo khoảng cách trong thiên hà lại khó đến thế?​

Muốn hiểu được hình dạng thật sự của Ngân Hà, việc đầu tiên phải làm là biết chính xác vị trí mọi thứ trong đó. Nhưng khổ nỗi, việc đo khoảng cách trong không gian không hề dễ như nhìn qua thước kẻ. Phần lớn các bản đồ trước đây dựa vào "vận tốc xuyên tâm" – tức là đo xem vật thể đang tiến lại gần hay rời xa chúng ta với tốc độ nào – rồi suy ra khoảng cách dựa trên giả định về tốc độ quay chuẩn của thiên hà.

Hình minh họa này cho thấy Dải Ngân Hà, thiên hà quê hương của chúng ta. Các bản đồ gần đây về đĩa khí của thiên hà này cho thấy rằng thiên hà của chúng ta trông phồng hơn và có nhiều bông hơn chúng ta nghĩ. NASA/JPL-Caltech
​

Vấn đề là: khí gas không hành xử ngoan ngoãn như sao. Các đám mây khí trong thiên hà có vẻ hỗn loạn hơn nhiều, nên nếu áp dụng công thức đo của sao vào khí gas thì chẳng khác nào lấy thước dây đo nước. Kết quả là bản đồ bị méo mó, sai lệch.

Cách tiếp cận mới: Dùng sao trẻ để dò bản đồ khí gas​

Thay vì chơi trò “đoán mò cao cấp” như trước, nhóm nghiên cứu đã ghép cặp sao trẻ và các đám khí lân cận để tìm ra mô hình chung. Cụ thể, họ dựa vào sao biến quang Cepheid - loại sao cực sáng và dao động đều đặn, có thể dùng làm mốc đo khoảng cách rất chính xác. Hệ thống dữ liệu từ vệ tinh GAIA, vốn đã thu thập vị trí và độ sáng của gần 2 tỷ ngôi sao, giúp nhóm xác định chính xác vị trí của những sao trẻ.

Giải phẫu của Ngân Hà. Ảnh: Trái: NASA/JPL-Caltech; phải: ESA; bố cục: ESA/ATG medialab
​

Điều kỳ diệu là: các sao trẻ có xu hướng nằm gần các cụm khí nơi chúng được sinh ra. Nhờ vậy, nhóm có thể vẽ lại bản đồ các đám mây khí mà không cần đoán vận tốc hay áp dụng mô hình quay.

Sao biến quang Cepheid cực kỳ sáng và có thể nhìn thấy từ khoảng cách xa, giúp ích cho việc xác định khoảng cách đến các thiên hà. Ảnh: NASA

Hình ảnh ALMA về cấu trúc của đĩa tiền hành tinh xung quanh HL Tauri. Nguồn ESO .org.

Trái: Một tấm ảnh chụp thiên hà Andromeda do Edwin Hubble chụp. Đầu tiên, ông ghi chú một sao mới, sau đó gạch bỏ và thêm “Var!” khi ông phát hiện ra ngôi sao này là một sao biến quang Cepheid. Phải: Kính viễn vọng không gian Hubble đã thăm lại ngôi sao biến quang Cepheid nổi tiếng V1 của Hubble từ tháng 12 năm 2010 đến tháng 1 năm 2011. Trái: Đài quan sát Carnegie. Phải: NASA, ESA và Nhóm Di sản Hubble (STScI/AURA); Lời cảm ơn: R. Gendler
​

Kết quả? Một bản đồ mới hé lộ cấu trúc đầy phức tạp, bông xù như mây, và không đều đặn như ta từng nghĩ. Những điểm xù xì đó không chỉ đẹp mắt, mà còn là manh mối quan trọng để hiểu về quá trình hình thành sao, các hệ nhị phân phát tia X, cũng như sự phân bố bụi và vật chất tối trong thiên hà.

Kỹ thuật khớp mẫu này kết hợp với khoảng cách sao chính xác hơn thực sự sẽ cải thiện sự hiểu biết của các nhà thiên văn học về sự phổ biến và hình dạng của các đám mây trong đĩa hydro. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu chỉ ra trong bài báo của họ rằng khoảng cách chính xác hơn sẽ giúp bổ sung cho bản đồ bụi ba chiều của toàn bộ Thiên hà. Trước đây, chúng chỉ được thực hiện ở vùng lân cận gần Mặt trời. Ngoài ra, việc lập bản đồ được cải thiện có thể giúp các nhà thiên văn học hiểu được bất kỳ nhiễu loạn nào trong đĩa, bao gồm cả tương tác với các thiên hà lùn gần đó và sự hiện diện của vật chất tối. universetoday