Khi nói đến quá trình tạo sao, không phải thiên hà nào cũng giống nhau. Một số thiên hà đã bị dập tắt - nghĩa là chúng đã cạn kiệt khí tạo sao và chỉ tạo ra rất ít sao mới. Một số thiên hà khác, như thiên hà Milky Way, là một trường hợp phổ biến và nó tạo sao với tốc độ trung bình. Tuy nhiên, cũng có những thiên hà hoạt động vô cùng mạnh mẽ, tạo sao với tốc độ cao đến mức chúng được gọi là thiên hà bùng nổ tạo sao.
Các thiên hà bùng nổ tạo sao (starburst galaxy) trải qua những giai đoạn tạo sao mạnh mẽ, trong đó các siêu cụm sao chứa 100.000 sao hoặc nhiều hơn được sinh ra hàng trăm lần. Những thiên hà này có thể tạo ra hàng trăm, thậm chí hàng nghìn khối lượng Mặt Trời trong các ngôi sao mỗi năm. Kết quả là chúng có độ sáng cực lớn và có thể sáng hơn Mặt Trời hàng nghìn tỷ lần ở bước sóng hồng ngoại.
Thiên hà Xì gà (Cigar Galaxy / M82) là một trong những thiên hà bùng nổ tạo sao này, và dù độ sáng cực lớn của nó không rõ ràng ở dải biểu kiến do bị bụi che khuất, kính thiên văn không gian James Webb (JWST) vẫn có thể dễ dàng quan sát quá trình tạo sao mạnh mẽ của thiên hà này ở dải hồng ngoại.
Các siêu cụm sao trong M82 đóng vai trò chính trong việc làm tăng độ sáng của thiên hà. Với khoảng 100.000 ngôi sao, một số cụm này còn chứa nhiều sao hơn cả một số cụm sao cầu.
Để trở thành thiên hà bùng nổ tạo sao, thiên hà cần một lượng lớn khí, và M82 có khả năng đã nhận được dòng khí này thông qua tương tác hấp dẫn với thiên hà láng giềng M81. Cặp thiên hà này có quỹ đạo quanh nhau khoảng theo chu kỳ khoảng 100 triệu năm. Các tương tác đó đã làm biến dạng M82 thành hình dạng thuôn dài giống như điếu xì gà, đồng thời đẩy khí từ các vùng ngoài của M82 vào lõi, cung cấp nhiên liệu cho quá trình tạo sao mạnh mẽ.
Thiên hà M82 được chụp bởi máy ảnh cận hồng ngoại NIRCam của JWST (trong khi hình ảnh chi tiết hơn ở trên đượ chụp bởi máy ảnh trung hồng ngoại MIRI).
Các nhà thiên văn học rất quan tâm đến M82 và M81 vì chúng giống như một phòng thí nghiệm tự nhiên để quan sát sự tương tác giữa các thiên hà. Một nghiên cứu năm 2024 đã sử dụng bức xạ từ hydrocarbon thơm đa vòng (PAH) để làm lộ ra một mạng lưới phức tạp gồm các sợi khí và các bong bóng khí do các vụ nổ supernova tạo ra. Nghiên cứu cũng phát hiện luồng khí lớn phóng ra từ M82. Những luồng thoát khí này là một đặc điểm nổi bật khác của các thiên hà bùng nổ tạo sao.
Hình ảnh chính từ JWST cũng theo dõi các PAH, và chúng cho thấy các luồng thoát khí từ thiên hà. Những luồng này hiện rõ dưới dạng các vệt sáng kéo dài phát ra từ trung tâm thiên hà. PAH rất quan trọng trong thiên văn học vì chúng có đặc trưng phát xạ mạnh ở dải trung hồng ngoại. Chúng liên hệ chặt chẽ với khí phân tử lạnh và giúp theo dõi chuyển động của khí.
Các luồng thoát khí này được tạo ra bởi hoạt động tạo sao mạnh mẽ của thiên hà. Quá trình bùng nổ tạo sao tạo ra hàng nghìn ngôi sao có khối lượng lớn và nhiệt độ cao hơn Mặt Trời rất nhiều. Những ngôi sao này tạo ra gió sao mạnh, thổi khí ra ngoài. Nhiều trong số các sao này sẽ phát nổ thành supernova, tiếp tục đẩy khí ra ngoài. Vì những lý do này, các thiên hà bùng nổ tạo sao thường không duy trì được tốc độ tạo sao cực độ quá 100 triệu năm trước khi nguồn khí cạn kiệt.
Tuy nhiên, M82 có thể là ngoại lệ. Do các tương tác hấp dẫn lặp đi lặp lại với M81 trong tương lai, M82 có thể sẽ trải qua các chu kỳ luân phiên giữa bùng nổ tạo sao và giai đoạn dập tắt. Các nhà thiên văn học cho rằng điều này đã từng xảy ra trong quá khứ. Khoảng 600 triệu năm trước, M82 đã trải qua một pha bùng nổ tạo sao, và pha hiện tại có khả năng đã được kích hoạt vào khoảng 30 đến 60 triệu năm trước.
M82 chỉ cách chúng ta khoảng 12 triệu năm ánh sáng - được coi là gần đối với một thiên hà. Vì lý do đó, các nhà thiên văn đã tập trung nhiều sự quan tâm đến thiên hà bùng nổ tạo sao này. Nó đã được kính thiên văn không Hubble và nhiều kính thiên văn khác chụp ảnh nhiều lần.
M82 sẽ còn trải qua nhiều chu kỳ bùng nổ tạo sao nữa trong tương lai. Nhưng cuối cùng, M82 và M81 sẽ hợp nhất thành một thiên hà duy nhất. Sự hợp nhất đó, trong tương lai rất xa, nhiều khả năng sẽ kích hoạt một sự kiện bùng nổ tạo sao hỗn loạn và khổng lồ. Sau cùng, sự kiện đó cũng sẽ lắng dịu, và thiên hà khổng lồ tạo thành sẽ đi vào trạng thái yên tĩnh.
Bryan
Theo Phys.org
