Nằm cách khoảng 250 triệu năm ánh sáng, có một khu vực lân cận trong vũ trụ của chúng ta mà các nhà thiên văn học cho rằng nó yên tĩnh và không đáng để lưu tâm. Nhưng nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra một thiên hà to lớn và kỳ lạ, có khả năng được hình thành từ nhiều phần của các thiên hà khác.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Ở hình bên trái, tại bước sóng khả kiến, UGC 1382 xuất hiện là một thiên hà elip đơn giản. Các cánh tay xoắn ốc chỉ xuất hiện khi các nhà thiên văn học kết hợp dữ liệu ở bước sóng cực tím và khả kiến sâu (hình giữa). Kết hợp các hình này với ảnh chụp khí Hydrogen mật độ thấp (màu xanh lá ở hình bên phải), các nhà khoa học phát hiện UGC 1382 thực sự là một thiên hà khổng lồ. Image credit: NASA/JPL/Caltech/SDSS/NRAO

Một nghiên cứu mới sẽ được công bố trên Tạp chí Vật lý Thiên văn (Astrophysical Journal) [1][2] tiết lộ bí mật của UGC 1382, một thiên hà từng được nghĩ là nhỏ, già và điển hình. Tuy nhiên, các nhà khoa học sử dụng dữ liệu của các kính thiên văn của NASA và các đài thiên văn khác đã phát hiện rằng thiên hà này lớn hơn đến 10 lần so với các tính toán trước đó, và không giống như hầu hết các thiên hà khác, phần bên trong nó lại trẻ hơn so với phần bên ngoài, gần như thể nó được tạo thành từ những phần riêng biệt.

"Thiên hà 'Frankenstein' hiếm có này được hình thành và có khả năng tồn tại bởi vì nó nằm trong một vùng ngoại ô yên tĩnh của vũ trụ, nơi mà không có sự huyên náo như những khu vực đông đúc có thể tác động đến nó. Nó nhạy cảm đến nỗi một sự di chuyển nhẹ từ vùng lân cận cũng có thể khiến cho nó bị tan rã", Mark Seibet, đồng tác giả của nghiên cứu tại Đài thiên văn của Viện Khoa học Carnegie, Pasadena, California, cho biết.

Seibert và Lea Hagen, một nghiên cứu sinh tại trường Đại học bang Pennsylvania, Công viên Đại học, đã tìm tới thiên hà này bởi một sự tình cờ. Họ đã tìm kiếm các ngôi sao hình thành trong các thiên hà elip trung bình, thường không quay và có hình dạng 3 chiều như quả bóng đá hơn là dạng đĩa phẳng. Các nhà thiên văn học ban đầu nghĩ rằng UGC 1382 là một trong số chúng.

Nhưng khi nhìn vào các bức ảnh của các thiên hà ở ánh sáng cực tím trong dữ liệu của Kính viễn vọng Khám phá Sự tiến hóa Thiên Hà của NASA (Galaxy Evolution Explorer - GALEX), một gã khổng lồ bắt đầu xuất hiện từ trong bóng tối.

"Chúng tôi nhìn thấy những cánh tay xoắn ốc mở rộng ra bên ngoài thiên hà này. Chưa một ai nhận ra điều này trước đó, và một thiên hà dạng elip thì không có cánh tay như vậy. Điều đó đưa chúng tôi vào một cuộc thám hiểm để tìm xem đó là thiên hà gì và được hình thành như thế nào", Hagen, người dẫn đầu nghiên cứu này cho biết.

Các nhà nghiên cứu sau đó nhìn vào dữ liệu của thiên hà từ các kính thiên văn khác: Kĩnh viễn vọng Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan (Sloan Digital Sky Survey - SDSS), kính viễn vọng Two Micron All-Sky Survey (2MASS), kĩnh viễn vọng khảo sát hồng ngoại trường rộng Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) của NASA, tổ hợp kính Very Large Array của Đài Thiên văn Vô tuyến Quốc gia, và kính thiên văn Carnegie's du Pont tại Đài thiên văn Las Campanas. Sau khi GALEX tiết lộ các cấu trúc chưa từng thấy trước đó với các nhà thiên văn học, các quan sát ở ánh sáng hồng ngoại và khả kiến từ các kính thiên văn khác đã cho phép các nhà nghiên cứu xây dựng một mô hình mới về thiên hà bí ẩn này.

Kết quả là, thiên hà UGC 1382 trải rộng đến 718 nghìn năm ánh sáng, lớn hơn 7 lần so với Dải Ngân Hà. Nó cũng là một trong ba thiên hà dạng đĩa cô lập lớn nhất từng được phát hiện. Thiên hà này là một cái đĩa quay của khí mật độ thấp. Các ngôi sao không hình thành ở đây một cách nhanh chóng bởi vì khí quá phân tán.

Nhưng ngạc nhiên lớn nhất là làm cách nào mà độ tuổi tương đối của các thành phần của thiên hà lại ngược đời như vậy. Ở hầu hết các thiên hà, phần trong cùng được hình thành đầu tiên và chứa các ngôi sao già nhất. Khi thiên hà lớn lên, phần bên ngoài của nó là các khu vực mới có những ngôi sao trẻ nhất. Nhưng trường hợp của UGC 1382 lại ngược lại. Bằng cách kết hợp các quan sát từ nhiều kính viễn vọng khác nhau, các nhà thiên văn học đã có thể kết nối các dữ liệu về các giai đoạn lịch sử khi các ngôi sao hình thành trong thiên hà này, và đó là một kết quả rất kỳ quái.

"Vùng trung tâm của UGC 1382 thực sự trẻ hơn so với đĩa xoắn ốc xung quanh nó. Thiên hà này già ở bên ngoài và trẻ ở bên trong. Điều này giống như việc phát hiện một loại cây gỗ mà các vân bên trong trẻ hơn các vấn bên ngoài", Seibert cho biết.

Cấu trúc thiên hà đặc biệt này có thể là kết quả từ các thực thể riêng biệt đến với nhau, hơn là bản thân một thực thể duy nhất tự phát triển. Nói cách khác, hai phần của thiên hà dường như đã tiến hóa độc lập trước khi sát nhập với nhau - mỗi phần có một lịch sử phát triển riêng.

Đầu tiên, có thể là một nhóm các thiên hà nhỏ chiếm ưu thế bởi khí và vật chất tối, là một dạng vật chất vô hình chiếm đến 27% tất cả vật chất và năng lượng của vũ trụ (vật chất "bình thường" chỉ chiếm khoảng 5%). Sau đó, một thiên hà dạng thấu kính, là một đĩa quay không có các cánh tay xoắn ốc, có thể đã được hình thành ở gần đó. Ít nhất 3 tỷ năm trước, các thiên hà nhỏ hơn có thể đã rơi vào quỹ đạo xung quanh thiên hà thấu kính, và cuối cùng là cư ngụ hẳn bên trong cái đĩa khổng lồ được nhìn thấy ngày nay.

Có thể có tồn tại nhiều thiên hà như vậy trong vũ trụ, nhưng cần có thêm nhiều nghiên cứu cần thiết để tìm kiếm chúng.

"Bằng cách hiểu được thiên hà này, chúng ta có thể có được các manh mối về sự hình thành của các thiên hà ở quy mô lớn, và phát hiện ra thêm nhiều thiên hà kỳ lạ ở các khu vực lân cận hơn", Hagen cho hay.

Sứ mệnh GALEX kết thúc năm 2014 sau hơn 1 thập kỷ quét bầu trời ở ánh sáng cực tím, dẫn đầu bởi các nhà khoa học ở Caltech (Pasadena, California). Phòng thí nghiệm Phản lực của NASA (cũng ở Pasadena) điều hành sứ mệnh và xây dựng các công cụ khoa học. Dữ liệu từ các sứ mệnh 2MASS và WISE được lưu trữ tại Trung tâm Phân tích và xử lý Hồng ngoại (IPAC) ở Caltech. JPL của NASA được quản lý bởi Caltech.

Tham khảo: 

[1] Bài báo gửi đăng trên tạp chí Vật lý Thiên văn (Astrophysical Journal) trên máy chủ arxiv: http://arxiv.org/abs/1607.02147v1

[2] Bản PDF của bài báo trên máy chủ arxiv: http://arxiv.org/pdf/1607.02147v1.pdf

Nguồn: JPL/NASA

Author: Hiền PHAN
Nguyên chủ nhiệm CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại APC Laboratory, Paris Diderot University, Cộng hòa Pháp.