Phát hiện thiên hà xoắn ốc xuất hiện từ thuở sơ khai của vũ trụ

Thiên hà BX442 và thiên hà lùn song hành (phía trên bên phải).

Lần đầu tiên, các nhà thiên văn quan sát được một thiên hà hình xoắn ốc trong giai đoạn sớm của vũ trụ, cách hàng tỉ năm trước khi nhiều thiên hà xoắn ốc khác hình thành. Trong một báo cáo công bố hôm 19 vừa qua, các nhà thiên văn cho biết họ đã phát hiện ra thiên hà mang số hiệu BX442 khi sử dụng kính thiên văn Hubble để ghi lại hình ảnh của gần 300 thiên hà xa xôi trong thời kì đầu của vũ trụ nhằm nghiên cứu về các đặc tính của chúng. Thiên hà BX442 được quan sát ở một vị trí cách chúng ta 3 tỉ năm ánh sáng sau vụ nổ Big Bang.

Alice Shapley, phó giáo sư khoa vật lý và thiên văn thuộc đại học California, Los Angeles (UCLA) kiêm đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Khi bạn trở lại thời điểm sơ khai của vũ trụ, các thiên hà sẽ trông rất lạ mắt, kết khối, không đều và không đối xứng. Hầu hết các thiên hà già cỗi trông giống như những toa tàu ùn lên nhau. Và ý nghĩ đầu tiên của chúng tôi là tại sao thiên hà BX442 lại khác biệt và đẹp đến vậy?"

Các thiên hà trong vũ trụ ngày nay chia thành nhiều dạng, bao gồm dạng hình xoắn ốc (điển hình như thiên hà của chúng ta) là những tấm đĩa xoay tròn của các sao và khí trong đó, những ngôi sao mới sẽ hình thành và dạng hình elip trong đó chứa các ngôi sao già hơn và đỏ hơn, di chuyển theo các hướng ngẫu nhiên. Sự pha trộn các cấu trúc thiên hà trong giai đoạn sớm của vũ trụ là một điều khá khác biệc, với sự đa dạng lớn hơn và tỉ lệ không đối xứng của các thiên hà cao hơn, Shapley cho biết.

"Thực tế cho thấy sự tồn tại của thiên hà BX442 là một điều rất đáng ngạc nhiên", David Law, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại học viện thiên văn và vật lý học thiên thể Dunlap thuộc đại học Toronto kiêm tác giả chính cho biết. "Những kiến thức hiện tại vẫn cho rằng 'thiết kế vĩ đại' của các thiên hà xoắn ốc không tồn tại trong thời kì đầu của lịch sử hình thành vũ trụ." Thiết kế vĩ đại ở đây có nghĩa thiên hà được hình thành hoàn chỉnh với các nhánh xoắn ốc được định hình rõ ràng.

Thiên hà BX442 vẫn khá lớn so với các thiên hà khác trong thời kì đầu của vũ trụ và chỉ có khoảng 30 thiên hà được Law và Shapley phân tích có độ lớn tương đương với BX442.

Để có cái nhìn sâu hơn về hình dáng độc đáo của BX442, Law và Shapley đã đến đài thiên văn W.M. Keck nằm trên đỉnh ngọn núi lửa Mauna Kea tại Hawaii và sử dụng máy quang phổ OSITRIS do James Larkin, một giáo sư vật lý và thiên văn của UCLA chế tạo, để quan sát. Họ nghiên cứu quang phổ từ 3600 điểm bên trong và xung quanh BX442 nhằm thu lại những thông tin giá trị, cho phép họ xác định nó có thật sự là một thiên hà xoắn ốc đang quay hay không và kiểm chứng khả năng có 2 thiên hà xuất hiện thẳng hàng trong hình ảnh ghi lại.

Shapley nói: "Ban đầu chúng tôi nghĩ đây có thể là một ảo ảnh và có lẽ chúng tôi đang bị hình ảnh đánh lừa. Thế nhưng, những gì chúng tôi nhận thấy khi ghi lại ảnh quang phổ của thiên hà BX442 là các nhánh xoắn ốc thực sự thuộc về nó. Đó không phải là ảo ảnh." Ngoài ra, Law và Shapley còn tìm ra những bằng chứng về một lỗ đen khổng lồ tại trung tâm của thiên hà, khả năng nó đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của BX442.

Tại sao BX442 trông giống những thiên hà phổ biến ngày nay nhưng lại rất hiếm trong quá khứ?

Law và Shapley cho rằng câu trả lời có thể liên quan đến sự song hành của một thiên hà lùn (thiên hà nhỏ với chỉ vài tỉ ngôi sao) mà máy quang phổ OSITRIS phát hiện dưới dạng một vệt tròn nằm tại phần trên bên phải của tấm hình và sự tương tác trong lực giữa chúng. Kèm với các phép tính mô phỏng do Charlotte Christensen - nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại đại học Arizona thực hiện, Shapley cho biết rốt cuộc thiên hà nhỏ có xu hướng hợp nhất với BX442.

"BX442 trông giống một thiên hà lân cận nhưng vào thời kì đầu của vũ trụ, việc các thiên hà xung đột với nhau xảy ra thường xuyên hơn," cô nói. "Khí tỏa ra từ khu vực liên thiên hà và bổ sung cho các ngôi sang đang hình thành ở một tỉ lệ cao hơn nhiều so với ngày nay; các lỗ đen cũng phát triển nhanh hơn. Vũ trụ bây giờ buồn tẻ hơn nhiều so với thời kì đầu."

Hiện tại, Law và Shapley vẫn tiếp tục nghiên cứu về BX442. Việc hiểu rõ về đặc tính tự nhiên của nó sẽ hé lộ nhiều điều bí ẩn về thiên hà của chúng ta. Năm ngoái, một nghiên cứu khác đăng tải trên tạp chí Nature cho biết hình dạng xoắn ốc của thiên hà của chúng ta có thể bắt nguồn từ sự tác động của một thiên hà lùn có tên Sagittarius. Vì vậy, BX442 là cơ hội duy nhất để nghiên cứu về quy trình này khi nó tái hiện một trong những dạng liên kết giữa các thiên hà hỗn loạn trong giai đoạn sớm của vũ trụ và các thiên hà xoán ốc ổn định hiện nay.

Theo: Gizmag

Kiến thức iTech

Phát hiện thiên hà xoắn ốc xuất hiện từ thuở sơ khai của vũ trụ