[비즈한국] Điều gì sẽ xảy ra trong vũ trụ trong tương lai? Tất nhiên, các nhà thiên văn học không phải là nhà tiên tri. Tuy nhiên, dựa trên niềm tin rằng các định luật vật lý mà chúng ta hiện đang nắm bắt sẽ hoạt động đồng nhất trong quá khứ, hiện tại và cả tương lai xa, chúng ta có thể thảo luận về những gì sẽ diễn ra trong vũ trụ. Ví dụ, sau khoảng 4 đến 5 tỷ năm nữa, Mặt Trời cuối cùng sẽ phồng to, kết thúc quá trình tiến hóa và biến mất, chỉ để lại một tinh vân hành tinh. Khi nói về những sự kiện tương lai trong vũ trụ như vậy, có một dự đoán luôn luôn được nhắc đến: Ngân Hà của chúng ta sẽ va chạm với thiên hà láng giềng Andromeda và hòa quyện thành một thiên hà khổng lồ duy nhất.
Năm 2008, các nhà thiên văn học đã mô phỏng quá trình tương tác trọng lực giữa Ngân Hà và thiên hà Andromeda bằng tổng cộng 1,3 triệu hạt. Kết quả cho thấy sau khoảng 5 tỷ năm, hai thiên hà này sẽ hòa quyện thành một thiên hà elip khổng lồ. Kết quả này nhanh chóng được giới thiên văn học chấp nhận, và giờ đây, giả thuyết rằng Ngân Hà sẽ va chạm với thiên hà Andromeda gần như được coi là một sự thật hiển nhiên.
Tuy nhiên, dựa trên các kết quả quan sát được cập nhật gần đây, một khả năng đáng kinh ngạc đã được đặt ra: tương lai của Ngân Hà có thể diễn ra theo một kịch bản hoàn toàn khác. Nói một cách đơn giản, Ngân Hà có thể sẽ không va chạm với thiên hà Andromeda!
Việc thiên hà Andromeda đang tiến nhanh về phía Ngân Hà đã được biết đến từ lâu thông qua quan sát quang phổ của nhà thiên văn học Vesto Slipher. Vào thời điểm đó, Slipher phát hiện ra rằng quang phổ của thiên hà Andromeda bị lệch về phía bước sóng rất ngắn. Điều này có nghĩa là hai thiên hà đang lao về phía nhau với tốc độ nhanh gần 110 km/s. Đó là dấu hiệu cho thấy hai thiên hà đang dần tiến lại gần nhau do lực hấp dẫn lẫn nhau.
Kể từ đó, nhiều mô phỏng được thực hiện cho đến gần đây đã ủng hộ dự đoán về việc hai thiên hà sẽ sáp nhập làm một. Những nhà thiên văn học nóng lòng thậm chí đã đặt cho thiên hà hợp nhất dự kiến ra đời sau 5 đến 7 tỷ năm nữa một cái tên rất kêu là “Milkomeda” (tên ghép từ Milky Way và Andromeda).
Vì đây là kịch bản được mặc định ở rất nhiều nơi, nên dự đoán này nghe có vẻ rất tự nhiên. Nhưng thực tế, việc dự đoán số phận cuối cùng của Ngân Hà và thiên hà Andromeda là một bài toán khá nan giải.
Trước hết, thật ngạc nhiên là các nhà thiên văn học vẫn chưa biết chính xác khối lượng của Ngân Hà và thiên hà Andromeda. Để đo được khối lượng chính xác của một thiên hà, cần phải bao gồm không chỉ những ngôi sao tỏa sáng mà cả vật chất tối lấp đầy khoảng không giữa các vì sao. Tất nhiên, vật chất tối không thể nhìn thấy trực tiếp. Thay vào đó, thông qua chuyển động của các ngôi sao quay quanh quỹ đạo dưới tác động của trọng lực toàn thiên hà, chúng ta có thể xác định cường độ trọng lực, tức là khối lượng của thiên hà đó.
Vì chúng ta đang sống trong Ngân Hà, việc đo khối lượng của nó tưởng chừng như dễ như ăn cháo, nhưng thực tế hoàn toàn không phải vậy. Thậm chí, nó còn khó khăn hơn nhiều. Đó là vì việc phân tách từng ngôi sao trong dải Ngân Hà – nơi chứa đầy các ngôi sao và đám mây khí với mật độ cực cao – là một thách thức cực kỳ lớn. Khối lượng của Ngân Hà do các nhà thiên văn học ước tính vẫn còn dao động tới gấp đôi.
Việc đo khối lượng của thiên hà Andromeda cũng không phải là vấn đề dễ dàng. Khoảng cách đến thiên hà Andromeda là khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng. Đây là một khoảng cách rất khó xử, không quá xa nhưng cũng chẳng phải là gần. Dù có thể dễ dàng phân biệt các thiên hà vệ tinh hoặc các cụm sao cầu xung quanh Andromeda, nhưng việc quan sát từng ngôi sao riêng lẻ vẫn là một bài toán hóc búa. Thật đáng xấu hổ khi các nhà thiên văn học vẫn chưa chắc chắn thiên hà nào trong hai thiên hà này nặng hơn.
Lý do thứ hai khiến việc trả lời câu hỏi liệu thiên hà Milkomeda có được hình thành hay không trở nên khó khăn là sự tồn tại của vô số thiên hà vệ tinh xoay quanh mỗi thiên hà chính. Dĩ nhiên, các thiên hà vệ tinh chỉ có khối lượng bằng 1/100 đến 1/1000 so với thiên hà khổng lồ ở trung tâm. Nhưng khi số lượng của chúng nhiều lên, chúng không thể bị bỏ qua. Hơn nữa, các thiên hà vệ tinh chỉ cách chúng ta từ vài chục nghìn đến vài trăm nghìn năm ánh sáng. Tác động của trọng lực giảm dần rất nhanh khi khoảng cách tăng lên. Do đó, tác động từ các thiên hà vệ tinh tương đối gần cũng quan trọng không kém gì thiên hà Andromeda cách xa 2,5 triệu năm ánh sáng.
Cho đến nay, số lượng thiên hà vệ tinh thực tế được quan sát và xác nhận xung quanh Ngân Hà là khoảng 60. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học ước tính rằng có rất nhiều thiên hà vệ tinh hơn đang ẩn giấu, với con số từ 100 đến 500 thiên hà. Những thiên hà vệ tinh này đương nhiên ảnh hưởng đến quỹ đạo của Ngân Hà và thiên hà Andromeda. Vì vậy, nếu không thể cân nhắc tất cả các yếu tố này, dự đoán về tương lai của Ngân Hà sẽ không bao giờ là hoàn hảo.
Hiện tại, vệ tinh Gaia đang theo dõi không chỉ các ngôi sao trong Ngân Hà mà cả chuyển động của các ngôi sao trong các thiên hà vệ tinh tương đối gần, bao gồm cả thiên hà Magellan xoay quanh chúng ta. Nhờ những đóng góp to lớn của Gaia với mục tiêu xây dựng bản đồ phân bố 3D chính xác và chuyển động chi tiết của hàng trăm triệu ngôi sao xung quanh, chúng ta đã có thể dự báo tương lai của các ngôi sao gần mình một cách tinh vi hơn trước đây. Gần đây, dựa trên dữ liệu cập nhật từ Gaia, các nhà thiên văn học đã thực hiện lại các mô phỏng va chạm thiên hà một cách chi tiết. Kết quả thật vô cùng thú vị.
Khi chạy mô phỏng chỉ với Ngân Hà và thiên hà Andromeda, khả năng thực tế chúng va chạm chỉ là 50%! Nghe có vẻ là một dự đoán thiếu trách nhiệm khi nói 50-50 về việc hai thiên hà có va chạm hay không, nhưng thực tế hoàn toàn không phải vậy. Từ trước đến nay, chúng ta vẫn mặc định khả năng va chạm là 100%. Con số dự đoán đó đã đột ngột giảm xuống còn một nửa!
Chưa hết, các nhà thiên văn học đã áp dụng thêm một thiên hà vệ tinh có quy mô lớn hơn vào mô phỏng này. Họ đã bổ sung thêm thiên hà Tam Giác (Triangulum) đang xoay quanh thiên hà Andromeda. Đây là thiên hà lớn thứ ba trong Nhóm Địa Phương, bao gồm cả Ngân Hà và Andromeda. Vì vậy, trọng lực của thiên hà này cũng ảnh hưởng đến khả năng va chạm của hai thiên hà khổng lồ kia. Sau khi đưa thêm thiên hà Tam Giác vào, khả năng va chạm lại tăng lên mức 2/3.
Tuy nhiên, khi áp dụng thêm cả thiên hà Đám mây Magellan Lớn (Large Magellanic Cloud) đang xoay quanh Ngân Hà, khả năng va chạm lại giảm xuống mức 50%. Hơn nữa, ngay cả trong trường hợp xác suất 50% đó, thời điểm thực tế xảy ra va chạm được dự đoán là 8 tỷ năm nữa kể từ bây giờ. So với dự đoán trước đây rằng Ngân Hà sẽ nhất định va chạm và sáp nhập với Andromeda trong vòng 4 đến 5 tỷ năm tới, thì cả khả năng xảy ra lẫn thời điểm dự kiến đều đã thay đổi rất nhiều!
Ngay cả khi hai thiên hà va chạm và cuối cùng tạo thành thiên hà Milkomeda, thời điểm đó dường như sẽ còn lâu hơn rất nhiều so với dự kiến ban đầu. Đến lúc đó, nhiều khả năng hệ Mặt Trời của chúng ta đã không còn nữa. Mặt Trời sẽ trải qua giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa và Trái Đất có lẽ đã bị nuốt chửng vào bên trong bề mặt của Mặt Trời. Nếu dự đoán cập nhật này là chính xác, chúng ta thậm chí không cần phải lo lắng liệu Trái Đất có bình an vô sự khi Ngân Hà va chạm với thiên hà Andromeda hay không. Bởi lẽ, khi đó Trái Đất thậm chí còn không tồn tại.
Việc dự đoán khi nào một hòn đá nhỏ rơi xuống Trái Đất còn khó, huống chi là việc dự đoán chính xác khi nào hai thiên hà khổng lồ chứa hàng nghìn tỷ ngôi sao sẽ va chạm, hay liệu chúng có thực sự va chạm hay không. Điều này cho thấy vũ trụ của chúng ta là một thế giới nhạy cảm đến thế nào và vận mệnh của nó có thể thay đổi chỉ vì những biến số nhỏ bé ra sao. Liệu một ngày nào đó Ngân Hà có va chạm với thiên hà Andromeda? Trước đây, tôi vẫn trả lời câu hỏi này một cách tự tin và coi đó là điều hiển nhiên, nhưng giờ đây, có lẽ tôi cần phải thận trọng hơn khi trả lời.
Trong suốt thời gian qua, khi giới thiệu về bản thân, tôi thường nói mình là một nhà thiên văn học nghiên cứu về sự va chạm và tiến hóa của các thiên hà. Tất nhiên, tôi đã coi cặp đôi Ngân Hà và thiên hà Andromeda là một phần trong đó. Nhưng thật bất ngờ, có thể chúng ta đang sống trong một thiên hà có số phận cách xa với việc va chạm. Có lẽ nỗi lo lắng về việc hệ Mặt Trời của chúng ta sẽ ra sao khi va chạm với thiên hà Andromeda trong tương lai xa chỉ là một nỗi lo xa không cần thiết.
Tham khảo
https://academic.oup.com/mnras/article/386/1/461/978865?login=false#16953981
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Từ khi còn nhỏ, sau khi xem “Galaxy Express 999”, anh đã nuôi dưỡng ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện tại, anh đang nghiên cứu về sự tiến hóa thông qua tương tác giữa các thiên hà tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học thuộc Đại học Yonsei. Anh cũng tham gia vào nhiều hoạt động truyền thông khoa học thông qua các bài giảng và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như ‘Đài thiên văn hẹn hò’, ‘Nghĩ về vũ trụ cả ngày’, ‘Sao, Khoa học của ánh sáng’.