[비즈한국] "Tất cả chúng ta đều đến từ những vì sao." Câu nói này của Carl Sagan đã trở nên vô cùng quen thuộc. Nếu truy tìm nguồn gốc các thành phần hóa học cấu tạo nên cơ thể con người, chúng ta sẽ bắt gặp vô số vì sao và siêu tân tinh từng tồn tại rồi biến mất trong vũ trụ từ hàng tỷ năm trước. Theo nghĩa đó, dù dưới góc nhìn khoa học, chúng ta đều là những thực thể được nhào nặn từ những nguyên tố mà các vì sao để lại.
Dù đây là một câu chuyện thiên văn học nổi tiếng, nhưng trớ trêu thay, chúng ta vẫn chưa thực sự hiểu ý nghĩa sâu xa của nó. Nếu các thành phần trong cơ thể chúng ta có nguồn gốc từ những vì sao, vậy chính xác thì chúng đến từ những vì sao xa xôi đến mức nào? Những vì sao đã biến mất sau khi để lại nguồn nguyên liệu sự sống quý giá cho chúng ta trên Trái Đất và hệ Mặt Trời ngày nay rốt cuộc đã từng tồn tại ở đâu?
Thoạt nhìn, chúng ta dễ nghĩ rằng tổ tiên trực hệ của mình là những siêu tân tinh từng sống không xa vị trí của hệ Mặt Trời hiện nay. Dẫu thời gian của vũ trụ có dài đến đâu, sự lan tỏa các nguyên liệu mà vì sao lưu giữ chắc chắn vẫn có giới hạn. Suy cho cùng, dù câu nói lãng mạn của Carl Sagan về việc chúng ta kết nối với các vì sao là rất đẹp đẽ, nhưng chúng ta vẫn thường nghĩ rằng mọi câu chuyện của mình chỉ gói gọn trong phạm vi vài chục đến vài trăm năm ánh sáng.
Tuy nhiên, các phát hiện gần đây cho thấy, chúng ta có thể là sự kết hợp của những mảnh ghép đã du hành qua một vũ trụ rộng lớn hơn chúng ta tưởng. Bởi lẽ, các nguyên tố hóa học cấu tạo nên cơ thể chúng ta ngày nay có thể đã lang thang khắp vũ trụ xa xôi ngoài dải Ngân hà rồi mới quay trở lại đây. Đáng buồn thay, trong khi con người vẫn chưa thể tự do rời khỏi Trái Đất, chứ đừng nói đến việc thoát khỏi dải Ngân hà, thì những mảnh ghép tạo nên cơ thể chúng ta từng rong ruổi khắp vũ trụ bao la từ hàng tỷ năm trước.
Năm 1963, Gail Smith, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại khoa Thiên văn thuộc Đại học Leiden (Hà Lan), đã phát hiện một đám mây khí lạ trôi nổi bên cạnh dải Ngân hà. Nó không giống một tinh vân bình thường mà là một đám mây khí dài như đang lao nhanh về một hướng nào đó. Đám mây này được đặt tên là "Đám mây của Smith" (Smith’s cloud) theo tên người phát hiện. Sau đó, thông qua các quan sát vô tuyến, người ta phát hiện ra đám mây này đang trôi dạt quanh dải Ngân hà với tốc độ cực nhanh, khoảng 1,12 triệu km/h. Đây là một loại đám mây vận tốc cao (HVC, High Velocity Cloud) đang khuấy động vùng hào quang (halo) quanh dải Ngân hà.
Đám mây của Smith dài 11.000 năm ánh sáng và rộng 2.500 năm ánh sáng. Nếu chúng ta có thể nhìn thấy nó bằng mắt thường trên bầu trời đêm, chúng ta sẽ thấy một đám mây khí khổng lồ rộng gấp 30 lần trăng tròn ngay cạnh dải Ngân hà. Ban đầu, các nhà thiên văn học cho rằng đám mây di chuyển nhanh bất thường trong hào quang Ngân hà này là một đám mây khí xâm nhập từ bên ngoài. Họ cho rằng nó là tàn dư khí gas chưa kịp hòa quyện trong quá trình hình thành dải Ngân hà cách đây 10 tỷ năm, hoặc là một đám mây không đủ nguyên liệu để hình thành sao và cuối cùng bị lực hấp dẫn của Ngân hà thu hút.
Nếu giả thuyết đó là đúng, đám mây này đáng lẽ phải ở trạng thái rất thuần khiết, chưa từng trải qua các vụ nổ siêu tân tinh và không bị vấy bẩn bởi các nguyên tố nặng do các vì sao để lại. Tức là, nó chỉ nên chứa hydro và heli.
Để xác minh điều này, các nhà thiên văn học đã tiến hành quan sát thú vị bằng kính viễn vọng không gian Hubble. Phía sau đám mây của Smith, cách xa hàng tỷ năm ánh sáng, có ba thiên hà tình cờ nằm trên cùng một hướng quan sát. Những thiên hà này có các hố đen mạnh mẽ ở trung tâm, phát ra tia cực tím cường độ cao. Chúng được gọi là thiên hà hoạt động. Khi tia cực tím từ các thiên hà nền này đi xuyên qua đám mây của Smith ở ngay gần đó, một số thành phần trong đó bị hấp thụ bởi các chất hóa học trong đám mây. Vì mỗi nguyên tố hóa học hấp thụ các bước sóng ánh sáng đặc trưng, chúng ta có thể biết được thành phần hóa học của đám mây bằng cách quan sát bước sóng nào đã bị hấp thụ.
Kết quả thật bất ngờ. Trái ngược với dự đoán rằng nó chỉ gồm hydro và heli tinh khiết từ sau vụ nổ Big Bang, đám mây của Smith thực tế đã "vấy bẩn" khá nhiều. Đặc biệt, trong vùng tử ngoại mà kính Hubble quan sát được, các dấu vết rõ rệt của lưu huỳnh đã được xác nhận. Lưu huỳnh là một nguyên tố nặng chỉ có thể được tạo ra bên trong các ngôi sao nặng như Mặt Trời. Điều này chứng tỏ đám mây của Smith không phải là một "thiên hà thất bại" chưa từng hình thành sao, cũng không phải là đám mây khí thuần khiết mới xâm nhập.
Sự hiện diện của lưu huỳnh và các nguyên tố nặng trong đám mây của Smith chỉ ra rằng, thực tế đây là một phần của dải Ngân hà từng bị tách ra trước đó. Trong quá trình sinh diệt của vô số vì sao diễn ra từ lâu trong dải Ngân hà, mảnh mây đã "nhiễm" dấu vết sự sống này đã bị đẩy ra ngoài do áp lực. Giờ đây, nó lại đang bị lực hấp dẫn của Ngân hà kéo trở lại quê hương. Khoảng 30 triệu năm nữa, đám mây của Smith sẽ lao thẳng vào dải Ngân hà, sự va chạm đó sẽ nén đám mây lại và tạo ra những đợt bùng nổ hình thành sao mới tựa như pháo hoa.
Những vụ nổ siêu tân tinh thường xuyên xảy ra trong dải Ngân hà từ lâu đã gây ra sự phóng thích các đám mây khí này. Sóng xung kích từ các vụ nổ siêu tân tinh cực mạnh đã hất văng một phần "thịt" của dải Ngân hà ra ngoài, và sau hành trình dài, giờ đây nó đang quay trở lại. Hiện tượng đám mây khí bị đẩy ra ngoài đĩa thiên hà rồi lại quay trở lại được gọi là phiên bản thiên hà của đài phun nước - Galactic Fountain. Một hệ thống tuần hoàn quy mô thiên hà được hoàn thiện, giống như một băng chuyền kết nối vật chất của chính nó cả trong và ngoài thiên hà trên quy mô hàng chục nghìn năm ánh sáng.
Các nghiên cứu bổ sung gần đây sử dụng kính viễn vọng không gian Hubble đã chứng minh rằng hệ thống tuần hoàn quy mô thiên hà này diễn ra thường xuyên không chỉ ở dải Ngân hà của chúng ta mà còn ở nhiều thiên hà tương tự. Các nhà thiên văn học đã quan sát 11 thiên hà đang hình thành sao tích cực, với 9 quasar xa xôi làm nền. Tương tự, họ so sánh dấu vết hóa học để lại khi ánh sáng từ quasar nền đi qua hào quang xung quanh các thiên hà gần đó. Kết quả xác nhận rằng ở tất cả các thiên hà, vật chất khí chứa carbon và oxy đã lan tỏa rộng khắp ra xa khỏi đĩa thiên hà, thậm chí lên đến 410.000 năm ánh sáng ở khu vực ngoại vi.
Tất cả các thiên hà này đều phát tán những sản phẩm hóa học quý giá — nguyên liệu của sự sống — do các siêu tân tinh để lại ra ngoài không gian trống rỗng giữa các thiên hà. Một phần trong đó lại bị lực hấp dẫn của thiên hà thu hút và quay trở về quê hương sau hàng tỷ năm. Quá trình này tạo nên một hào quang đám mây khí chứa hàm lượng nguyên tố nặng tương đối cao, bao phủ vùng không gian rộng hàng trăm nghìn năm ánh sáng xung quanh thiên hà. Sự tồn tại của môi trường quanh thiên hà (Circumgalactic Medium, CGM) đã được xác nhận rõ ràng hơn thông qua quan sát thực tế.
Việc xác nhận sự tồn tại của CGM kết nối chúng ta với vũ trụ xa xôi hơn một bước. Carbon và oxy là những nguyên liệu cơ bản nhất cấu tạo nên sự sống trên Trái Đất. Nếu chúng ta chọn một nguyên tử và lần ngược lại hành trình của nó trong 13,8 tỷ năm qua, có lẽ nó từng du hành đến tận khoảng không giữa dải Ngân hà của chúng ta và thiên hà Andromeda rồi mới quay trở về. Chúng ta đã vượt ra ngoài Trái Đất, hệ Mặt Trời, thậm chí dải Ngân hà trong tích tắc để trở thành một phần của hào quang khí khổng lồ bao bọc lấy thiên hà này.
Nếu chúng ta có thể cảm nhận được hành trình của vô số nguyên tử carbon và oxy đã tồn tại, đó thực sự là một vòng tuần hoàn khổng lồ khó lòng đong đếm. Như cách chúng ta hít vào và thở ra, các thiên hà cũng đang "thở". Dưới góc độ sinh học, có thể coi thiên hà là một thế giới chết đầy những vì sao và hành tinh, không phải sự sống. Nhưng dưới góc độ vĩ mô hơn, thiên hà là một hệ sinh thái khổng lồ, một thế giới đang sống và hít thở. Thiên văn học cho chúng ta biết rằng chúng ta là những thực thể tình cờ nảy mầm từ hơi thở mà dải Ngân hà vô tình trút ra.
Tham khảo
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad9c69
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Từ khi xem 'Galaxy Express 999' lúc còn nhỏ, anh đã nuôi ước mơ giới thiệu vẻ đẹp của vũ trụ đến mọi người. Hiện 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 cận địa thuộc Đại học Yonsei. Anh cũng tham gia nhiều hoạt động truyền thông khoa học như giảng dạy và viết sách. Anh là tác giả của các cuốn sách như 'Đài thiên văn hẹn hò', 'Suy nghĩ về vũ trụ suốt cả ngày', 'Khoa học về sao và ánh sáng'.