[비즈한국] Giữa các sợi vật chất của cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ, tồn tại những khoảng không trống rỗng khổng lồ, không có bất cứ thứ gì. Đó chính là khoảng không (void). Trong không gian mênh mông kéo dài hàng trăm triệu năm ánh sáng này, gần như không có sự hiện diện của bất kỳ thiên hà nào. Tiêu biểu nhất là khoảng không Boötes. Trong không gian khổng lồ có đường kính lên tới 300 triệu năm ánh sáng này, lẽ ra phải có từ 2.000 đến 3.000 thiên hà, nhưng thực tế gần như không tìm thấy thiên hà nào ở đó. Nhà thiên văn học Gregory Aldering từng nói rằng nếu chúng ta sống ở trung tâm của một khoảng không khổng lồ như vậy, cho đến những năm 1960, chúng ta thậm chí còn không biết rằng có những thiên hà khác tồn tại bên ngoài thiên hà của mình. Đối với một nhà thiên văn học chuyên nghiên cứu sự tiến hóa của vũ trụ bằng đơn vị là thiên hà, đây quả là một câu chuyện đáng sợ.
Tuy nhiên, có một thiên hà vô cùng bí ẩn được phát hiện ngay giữa khoảng không hoang vắng này. Đó là thiên hà lùn NGC 6789 được tìm thấy trong khoảng không cục bộ. Mặc dù vẻ ngoài trông như một thiên hà nhỏ bé, lùn và bất thường, nhưng nơi đây lại chứa đựng một trong những bí ẩn đáng kinh ngạc nhất chưa có lời giải. Đó là vì các vì sao đang bùng nổ ra đời ngay trong khoảng không trống rỗng không có một ai xung quanh này.
Thực tế, sự tồn tại của thiên hà NGC 6789 đã được biết đến từ năm 1983. Cách Trái Đất 12 triệu năm ánh sáng, thiên hà này tuy nhỏ nhưng lại mang ánh sáng xanh rực rỡ. Điều này có nghĩa là các vì sao rất trẻ đang được sinh ra một cách bùng nổ bên trong đó. Những thiên hà như thế này được gọi là thiên hà lùn xanh nhỏ gọn (Blue Compact Dwarf Galaxy - BCD) vì chúng có màu xanh và mật độ cao.
Thiên hà nhỏ bé này đã sản sinh ra một lượng sao khổng lồ, đạt tới 4% tổng khối lượng của nó, tương đương với 100 triệu lần khối lượng Mặt Trời chỉ trong vòng 600 triệu năm qua. Với mức độ này, nó xứng đáng được gọi là thiên hà bùng nổ sao (starburst galaxy), nơi chỉ những thiên hà có sự ra đời của các vì sao một cách dữ dội. Vấn đề là để có nhiều ngôi sao ra đời như vậy, thiên hà cần phải liên tục được cung cấp vật chất khí mới từ xung quanh, nhưng thiên hà này lại không có bất cứ thứ gì bao bọc cả.
Thông thường, trong những không gian nơi các thiên hà tụ tập đông đúc, khi các thiên hà va chạm với nhau, một lượng lớn vật chất khí sẽ được nạp vào cùng một lúc. Khi đó, những thiên hà vốn đã già cỗi và im lìm, không còn sản sinh ra nhiều sao trong thời gian dài, cũng có thể trải qua một thời kỳ như được hồi xuân, tỏa ra ánh sáng xanh rực rỡ sau bao lâu. Khi va chạm với một thiên hà có quy mô tương đương hoặc khi một thiên hà vệ tinh nhỏ hơn lao thẳng vào, mật độ vật chất khí mà thiên hà đó chứa đựng sẽ tăng nhanh, giúp tạo ra các ngôi sao mới một cách hiệu quả. Dù thế nào đi nữa, để các vì sao mới liên tục ra đời, cần phải có những điều kiện để khí được nhào nặn và kết tụ lại với mật độ cao bên trong thiên hà. Thông thường, sự tương tác giữa các thiên hà hoặc các vụ va chạm thiên hà sẽ gây ra sự thay đổi này.
Tuy nhiên, NGC 6789 không cho thấy dấu hiệu nào như vậy. Ít nhất là trong các quan sát trước đây, nó không cho thấy bất kỳ dấu vết va chạm nào. Vì vậy, để nhìn sâu hơn vào khu vực NGC 6789, các nhà thiên văn học đã sử dụng kính viễn vọng đôi 2m (TTT, Two-meter twin telescope) trông giống như một chiếc ống nhòm để nhắm vào NGC 6789. Trong khi các quan sát trước đây chỉ có thể nhìn thấy phần trung tâm mờ nhạt của NGC 6789, thì thông qua các quan sát sâu hơn, họ đã ghi lại được chi tiết ngay cả dấu vết của ánh sáng sao lan rộng xung quanh NGC 6789.
Ngay cả trong quan sát bổ sung lần này, NGC 6789 vẫn không cho thấy dấu hiệu của bất kỳ vụ va chạm nào. Mặc dù đã xác nhận được hình ảnh lan rộng hơn ra tận vùng mờ nhạt bên ngoài thiên hà, nhưng phần rìa thiên hà chỉ có dạng hình elip lùn lan tỏa tròn trịa. Hoàn toàn không thấy dấu vết của đuôi thủy triều (tidal tail) - nơi các vì sao nối dài cho thấy thiên hà đã va chạm hoặc lướt qua một thiên hà nhỏ khác và có tương tác trọng lực trong thời gian tương đối gần đây, hay các cấu trúc vỏ tròn của các ngôi sao. Thông qua quan sát bổ sung này, NGC 6789 một lần nữa cho thấy nó là một thiên hà hoàn toàn bị cô lập, chưa từng trải qua bất kỳ cuộc va chạm nào trong thời gian gần đây.
Vậy thì rốt cuộc NGC 6789 lấy khí tươi từ đâu? Có lẽ NGC 6789 sẽ là bước ngoặt làm đảo lộn quan niệm cố hữu của chúng ta về cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ. Phải chăng khoảng không (void) không hoàn toàn là không gian trống rỗng? Ngay cả khi không có thiên hà nào chứa đầy những vì sao sáng chói bên trong đó, liệu nó có chứa đầy các đám mây khí, các sợi khí mà các quan sát quang học thông thường không dễ dàng nhìn thấy? Nếu vô tình NGC 6789 nằm gần các sợi khí và sự bồi tụ khí (gas accretion) diễn ra liên tục từ đó, thì tỷ lệ sinh sao cao bất thường của NGC 6789 hoàn toàn có thể được giải thích.
Trên thực tế, so với việc các ngôi sao liên tục ra đời, thiên hà này lại có hàm lượng nguyên tố kim loại nặng tương đối thấp trong thành phần hóa học. Có thể thấy nguyên nhân là do vật chất khí tươi mới bên ngoài liên tục tràn vào thiên hà nhỏ bé này. Khi các ngôi sao mới ra đời và siêu tân tinh nổ tung bên trong thiên hà, nó lẽ ra phải liên tục bị ô nhiễm bởi các nguyên tố kim loại, nhưng khi khí tươi liên tục tràn vào từ bên ngoài, các nguyên tố kim loại có thể bị pha loãng. Hiện tượng vật chất khí lạnh và tươi mới theo cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ tràn vào thiên hà như thế này được gọi là bồi tụ khí lạnh (Cold gas accretion). Đây được cho là nguyên nhân chính gây ra sự bùng nổ ra đời của các ngôi sao trong các thiên hà sơ khai vào thời kỳ vũ trụ xa xưa, khi thiên hà đang trong quá trình hình thành. Có lẽ NGC 6789 là một hiện trường đáng kinh ngạc vẫn đang mô phỏng lại hình ảnh đó.
NGC 6789 cho thấy rằng việc tương tác hoặc va chạm với các thiên hà khác không phải là điều kiện bắt buộc để một thiên hà liên tục sản sinh ra sao mới và duy trì sức sống. Ngay cả giữa khoảng không trống rỗng không có ai, một thiên hà vẫn có thể tồn tại đơn độc. Với sự giúp đỡ của các sợi khí vô hình, nó hấp thụ vật chất khí tràn vào từ đó và tiếp tục hành trình cô độc nhưng rực rỡ của riêng mình. Điều này cung cấp cho chúng ta một manh mối vô cùng đáng kinh ngạc.
Nếu giả thuyết này là sự thật, thì NGC 6789 chính là hiện trường hấp thụ vật chất khí tinh khiết nhất, chưa từng bị vấy bẩn kể từ khi vũ trụ ra đời. Vì không có các thiên hà khác trong khoảng không trống rỗng, nên không có chuyện vật chất khí bị ô nhiễm do các vụ nổ siêu tân tinh. Vật chất khí lấp đầy khoảng không có thể sẽ lưu giữ nguyên vẹn thành phần của thời điểm vũ trụ vừa mới chào đời. Nếu có thể nắm bắt được thành phần hóa học của vật chất khí và hiểu được cách chúng phân bố và lưu chuyển, chúng ta sẽ có thể hồi tưởng lại hình ảnh thời kỳ vũ trụ tinh khiết nhất ngay sau vụ nổ Big Bang. Giống như việc tìm thấy dấu vết tinh khiết của thời kỳ hình thành hệ Mặt Trời trong các tiểu hành tinh và sao chổi đóng băng ở tận cùng hệ Mặt Trời và tưởng tượng về thời thơ ấu của hệ Mặt Trời, chúng ta sẽ có thể tưởng tượng về thời kỳ sơ khai nhất, điểm cuối của thời thơ ấu của vũ trụ thông qua vật chất khí có thể đang lấp đầy khoảng không.
Tham khảo
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ae1cbe
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem 'Galaxy Express 999', anh đã ấp ủ ước mơ giới thiệu vẻ đẹp của vũ trụ tới mọi người. Hiện anh đang là giáo sư trợ lý tại Khoa Tự do của Đại học Sejong, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết lách. Anh là tác giả của các cuốn sách như 'Mỗi ngày một mảnh vũ trụ', 'Các nhà khoa học của vũ trụ đầy sao', 'Không thể đến nhưng có thể biết', 'Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vào vũ trụ', và đã dịch các tác phẩm như 'Hướng dẫn cho người quá giang đi du lịch vũ trụ', 'Tại sao tôi lại tiêu diệt sao Diêm Vương', 'Cuộc sống lượng tử', 'Cosmigraphics'.