Các nhà thiên văn học sử dụng tia X từ những vụ nổ vũ trụ cực mạnh để đo lại cấu trúc Dải Ngân Hà. Kết quả buộc giới khoa học xem xét lại hiểu biết về Sông Ngân.
Dải Ngân Hà có thể rộng hơn những gì giới khoa học từng xác định
Dải Ngân Hà là thiên hà chứa Hệ Mặt Trời và hàng trăm tỷ ngôi sao. Cấu trúc xoắn ốc của thiên hà này được phát hiện từ năm 1850, nhưng sau hơn 175 năm nghiên cứu, các nhà khoa học vẫn chưa thể xác định chính xác mọi đặc điểm của ngôi nhà vũ trụ mà chúng ta đang sinh sống.
Những quan sát mới đây đang mở ra khả năng thay đổi một phần hiểu biết đó. Bằng cách kết hợp dữ liệu từ Đài quan sát tia X Chandra của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) cùng đài quan sát XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), các nhà thiên văn học đã xây dựng những phép đo mới về vị trí và kích thước của các cánh tay xoắn ốc của thiên hà chúng ta.
Kết quả cho thấy một số cánh tay xoắn ốc vươn xa hơn so với những gì các nghiên cứu trước đây xác định.
Dù mức chênh lệch không quá lớn, phát hiện này vẫn có thể ảnh hưởng đến cách giới khoa học mô tả cấu trúc tổng thể của thiên hà.
“Những khác biệt này khá nhỏ, nhưng bất kỳ sự điều chỉnh nào về khoảng cách cũng đều quan trọng, bởi chúng là nền tảng để tìm hiểu thiên hà của chúng ta”, Ilaria Fornasiero, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.
Theo nhà khoa học này, việc xác định lại khoảng cách có thể khiến các nhà thiên văn học phải điều chỉnh những ước tính về khối lượng Dải Ngân Hà.
Đây là yếu tố có liên quan đến việc xác định các cánh tay xoắn ốc vươn rộng đến đâu và vật chất được phân bố như thế nào trong thiên hà.
Những vụ nổ vũ trụ giúp đo khoảng cách trong Dải Ngân Hà
Để xác định vị trí các cánh tay xoắn ốc, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp tương đối đặc biệt: quan sát ánh sáng tia X bị bụi vũ trụ tán xạ, sau khi những vụ nổ tia gamma xảy ra ở khoảng cách rất xa.
Vụ nổ tia gamma là một trong những hiện tượng giải phóng năng lượng mạnh nhất trong vũ trụ. Chúng có thể xảy ra khi những ngôi sao khối lượng lớn sụp đổ vào cuối vòng đời hoặc khi hai sao neutron va chạm và hợp nhất với nhau.
Các sự kiện này diễn ra bên ngoài Dải Ngân Hà, nhưng năng lượng khổng lồ mà chúng giải phóng có thể tạo ra những chùm tia X đủ mạnh để truyền đến thiên hà của chúng ta.
Khi ánh sáng đi qua các đám mây bụi nằm trong những cánh tay xoắn ốc, một phần tia X bị tán xạ, tạo ra những vòng sáng lan rộng mà các đài quan sát có thể ghi nhận.
Nhóm nghiên cứu phân tích đường kính của những vòng sáng này, đồng thời theo dõi cách ánh sáng phản xạ từ bụi vũ trụ và vị trí xuất hiện của các vòng sáng theo thời gian.
Từ những dữ liệu đó, các nhà khoa học có thể xác định khoảng cách đến những đám mây bụi, qua đó suy ra vị trí của các cánh tay xoắn ốc chứa chúng.
Beatrice Vaia, tác giả chính của nghiên cứu, thực hiện công trình này trong thời gian làm nghiên cứu sinh tiến sĩ, cho biết phương pháp trên cho phép đo khoảng cách dựa trực tiếp vào hình học.
“Đây là một cách rất trực tiếp để đo chính xác khoảng cách đến các cánh tay xoắn ốc, chỉ dựa vào hình học”, Vaia giải thích.
Phương pháp này có ưu điểm đáng kể so với nhiều kỹ thuật đo khoảng cách khác.
Những phương pháp truyền thống thường dựa vào các giả định về tốc độ và quy luật quay của Dải Ngân Hà.
Tuy nhiên, ở những vùng nằm xa trung tâm thiên hà, các giả định này ngày càng trở nên kém chắc chắn, khiến việc xác định vị trí chính xác của những cấu trúc bên ngoài gặp nhiều khó khăn.
Hai cánh tay xoắn ốc nằm xa hơn khoảng 10% so với dự đoán
Từ dữ liệu tia X của ba vụ nổ tia gamma khác nhau, nhóm nghiên cứu đã khảo sát ba cánh tay xoắn ốc của Dải Ngân Hà, gồm cánh tay Perseus, cánh tay Outer và cánh tay Outer-Scutum-Centaurus.
Kết quả đo đạc mới cho thấy hai cấu trúc Outer và Outer-Scutum-Centaurus nằm xa hơn khoảng 10% so với các ước tính trước đây.
Điều này đồng nghĩa với việc ranh giới bên ngoài của Dải Ngân Hà, ít nhất xét theo phạm vi của những cánh tay xoắn ốc được khảo sát, có thể vươn xa hơn những mô hình hiện tại mô tả.
Ngoài việc xác định khoảng cách, nhóm nghiên cứu còn đo được độ dày của cánh tay xoắn ốc nằm xa nhất trong số những cấu trúc được khảo sát.
Kết quả cho thấy cánh tay này có chiều rộng khoảng 3.500 năm ánh sáng.
Việc xác định chiều rộng đóng vai trò quan trọng, bởi các nhà khoa học cần phân biệt ranh giới thực sự của một cánh tay xoắn ốc với vị trí của một đám mây bụi riêng lẻ.
Nếu chỉ dựa vào một đám mây bụi, phép đo có thể phản ánh vị trí của một phần nhỏ trong cấu trúc, thay vì toàn bộ phạm vi của cánh tay xoắn ốc.
Bằng cách tính đến độ rộng của cánh tay, nhóm nghiên cứu có thêm cơ sở để củng cố kết quả và đánh giá chính xác hơn mức độ vươn xa của cấu trúc này.
Phát hiện mới có thể thay đổi cách hiểu về khối lượng và sự tiến hóa của thiên hà
Thoạt nhìn, việc các cánh tay xoắn ốc nằm xa hơn khoảng 10% có thể chỉ là một điều chỉnh nhỏ về mặt đo đạc. Tuy nhiên, ý nghĩa của phát hiện này có thể vượt xa những con số về khoảng cách.
Cấu trúc của Sông Ngân có mối liên hệ chặt chẽ với cách vật chất phân bố bên trong thiên hà, từ các ngôi sao, khí và bụi cho đến những thành phần góp phần tạo nên trường hấp dẫn tổng thể.
Vì vậy, nếu kích thước hoặc vị trí của các cánh tay xoắn ốc được xác định lại, giới khoa học có thể cần xem xét lại các mô hình về phân bố khối lượng, chuyển động quay và cấu trúc tổng thể của thiên hà.
Những điều chỉnh này cũng có thể tác động đến các nghiên cứu về quá trình hình thành và tiến hóa của Dải Ngân Hà.
Các mô hình thiên hà không chỉ giúp giải thích cấu trúc hiện tại mà còn được sử dụng để tìm hiểu cách những ngôi sao hình thành, vật chất di chuyển và các cấu trúc lớn phát triển qua hàng tỷ năm.
Dù vậy, phát hiện mới chưa đồng nghĩa với việc toàn bộ kích thước Dải Ngân Hà đã được xác định lại. Nghiên cứu mới tập trung vào một số cánh tay xoắn ốc cụ thể, do đó cần thêm dữ liệu để đánh giá đầy đủ mức độ ảnh hưởng đối với toàn bộ thiên hà.
(Theo Space, LiveScience, NationalGeographic)