Theo một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đứng đầu bởi các nhà nghiên cứu đến từ đại học Cambridge, giữa hai đám mây Magellan - hai thiên hà vệ tinh lớn nhất của Milky Way - có một cầu nối trải dài 43.000 năm ánh sáng. Phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Những điểm đáng chú ý hàng tháng của Hội thiên văn Hoàng gia (MNRAS) và dựa trên dữ liệu thu được từ chương trình khảo sát các sao trong thiên hà thực hiện bởi Đài quan sát không gian châu Âu, Gaia.
Trong 15 năm qua, các nhà khoa học vẫn đang háo hức mong đợi dữ liệu từ Gaia. Thông tin đầu tiên từ vệ tinh này đã được công bố 3 tháng trước và bất cứ ai cũng được tự do tiếp cận. Bộ dữ liệu với chất lượng chưa từng thấy này là một bảng danh mục về vị trí và độ sáng của một tỷ sao trong thiên Hà Milky Way và các vùng lân cận.
Dữ liệu mà Gaia đã gửi về Trái Đất là tư liệu có một không hai. Độ phân giải góc của vệ tinh này tương tự như kính thiên văn không gian Hubble, nhưng cho một vùng quan sát rộng hơn nhiều. Vùng quan sát này có thể bao phủ cả bầu trời thay vì một phần nhỏ. Trên thực tế, Gaia chụp ảnh bầu trời với độ phân giải lớn nhất so với bất cứ thiết bị không gian nào trước đây. Hơn nữa, đài quan sát này không chỉ sử dụng một kính thiên văn mà dùng hai kính cùng mặt phẳng tiêu cự rộng 1 met.
Khác với những kính thiên văn thông thường, Gaia không chỉ xác định mục tiêu và quan sát liên tục mà nó tự quay quanh trục, quét toàn bộ bầu trời trong vòng chưa đầy một tháng. Chính vì thế mà Gaia không chỉ đo lường được đặc tính tức thời của những ngôi sao mà còn theo dõi sự thay đổi của chúng theo thời gian. Dù cho điều này không phải là chức năng chủ yếu của vệ tinh khi được thiết kế nhưng nó cũng cho chúng ta một cơ hội tuyệt vời để tìm kiếm nhiều dạng thiên thể, chặng hạn như sự phát xung đều đặn hay phát nổ của các ngôi sao.
Nhóm nghiên cứu ở Cambridge tập trung vào khu vực xung quanh hai đám mây Magellan và sử dụng sữ liệu từ Gaia để chọn ra những sao phát xung đều đặc thuộc một loại đặc biệt gọi là các sao RR Lyrae. Đây là những sao rất già và không còn sự tiến hóa về hóa học. Vì những ngôi sao này đã ở đó từ những ngày đầu của hai thiên hà này nên chúng cung cấp cho chúng ta cái nhìn thấu đáo về lịch sử của cặp thiên hà này. Nghiên cứu Mây Magellan Lớn và Nhỏ (LMC & SMC) thực sự rất khó vì chúng trải rộng trên một khu vực lớn nhưng hiện nay thì công việc này đã trở nên dễ dàng hơn nhiều khi sử dụng trường nhìn của Gaia.
Xung quanh Milky Way, hai "đám mây" này là những thiên hà lùn vệ tinh lớn nhất và sáng nhất. Được biến đến từ buổi bình minh của nhân loại (và được người châu Âu biết tới từ những chuyến đi đầu tiên của họ đến Nam bán cầu), Mây Magellan vẫn còn là điều bí ẩn đến giờ. Mặc dù chúng có vị trí cố định trên bầu trời nhưng tới tận gần đây các nhà thiên văn học mới có cơ hội nghiên cứu chi tiết chúng.
Việc những thiên hà này có phù hợp với những lý thuyết thông thường về sự hình thành của thiên hà hay không phụ thuôc rất nhiều vào khối lượng của chúng cũng như thời điểm chúng lần đầu tiên tiến gần Milky Way. Các nhà nghiên cứu tại Viện Thiên văn học thuộc đại học Cambridge đã tìm thấy manh mối có thể giúp trả lời cho những câu hỏi này.
Đầu tiên, các sao RR Lyrae được phát hiện bởi Gaia được sử dụng để qua đó xác định độ lớn của Mây Magellan lớn (LMC). LMC được nhận thấy có một quầng mờ trải xa khoảng 20 độ tính từ trung tâm của nó. Nó chỉ có thể giữ được các sao ở khoảng cách xa như vậy nếu như thực tế nó lớn hơn nhiều so với suy đoán trước đây, có lẽ nó có tổng khối lượng bằng một phần mười khối lượng của toàn bộ thiên hà Milky Way.
Thời điểm chính xác mà hai thiên hà này tiếp cận với Milky Way không thể được xác định khi chưa biết quỹ đạo của chúng. Không may là các quỹ đạo vệ tinh rất khó đo được vì ở khoảng cách lớn, chuyển động của vật thể trên bầu trời là quá chậm và không thể quan sát được trong thời gian sống của con người. Không thể xác định quỹ đạo, Tiến sĩ Vasily Belokurov và các đồng nghiệp đã tìm ra một phương án tối ưu khác, đó là dòng sao.
Dòng sao hình thành khi một thiên hà lùn hoặc cụm sao đóng vai trò vệ tinh bắt đầu chịu lực triều của vật thể mà chúng đang chuyển động quanh (tương tự lực thủy triều trên Trái Đất). Lực triều kéo dài thiên hà vệ tinh theo hai hướng: tiến tới và ra xa thiên hà chủ. Kết quả là ở phần ngoại vi thiên hà vệ tinh có hai khe hở hình thành. Đó là những vùng nhỏ nơi lực hấp dẫn của vệ tinh cân bằng với lực kéo của thiên hà chủ. Các sao của thiên hà vệ tinh khi tiến đến những vùng này rất dễ thoát khỏi quỹ đạo và bắt đầu di chuyển trên quỹ đạo quanh thiên hà chủ. Dần dần, các sao này rời khỏi thiên hà vệ tinh và để lại một vệt sáng và do đó tiết lộ quỹ đạo của thiên hà vệ tinh này.
“Dòng sao xung quanh hai đám mây này đã được dự đoán nhưng chưa từng được quan sát," Tiến sĩ Belokurov giải thích. "Nhờ đánh dấu các vị trí của các sao RR Lyrae mà Gaia ghi nhận, chúng tôi thực sự ngạc nhiên khi thấy một cấu trúc như một chiếc cầu kết nối hai thiên hà. Chúng tôi tin rằng ít nhất một phần cầu nối này được tạo thành từ những ngôi sao tách từ SMC bởi lực hấp dẫn của LMC. Phần còn lại có thể là những ngôi sao của LMC bị tách ra do lực hấp dẫn của Milky Way.”
Các nhà nghiên cứ tin rằng cầu nối RR Lyrae sẽ giúp chúng ta làm sáng tỏ lịch sử về sự tương tác giữa những thiên hà này và thiên hà của chúng ta.
“Chúng tôi đã so sánh hình dạng và vị trí chính xác của cầu sao mà Gaia ghi nhận được trên mô phỏng máy tính về việc hai Mây Magellan tiếp cận Milky Way. Nhiều sao trong cầu sao này dường như đã được loại bỏ khỏi SMC trong tương tác gần đây nhất (khoảng 200 triệu năm trước) khi các thiên hà lùn chuyển động khá gần nhau. Chúng tôi tin rằng với việc chuyển động lướt qua này, không những các sao mà khí hydro cũng bị loại bỏ khỏi SMC. Bằng cách đo tỷ lệ giữa cầu RR Lyrae và nối bằng hydro, chúng tôi có thể ước đoán được mật độ của quầng thiên hà” – Tiến sĩ Denis Erkal - đồng tác giả của nghiên cứu - cho biết.
Vì quầng thiên hà chứa lượng khí ion hóa ở mật độ rất thấp nên việc nghiên cứu trở nên rất khó khăn. Tuy nhiên, nó vẫn đang là đối tượng được nghiên cứu kĩ lưỡng vì các nhà khoa học tin rằng nó có thể chứa hầu hết vật chất baryon (nói dễ hiểu là vật chất thông thường, để xác định là không phải vật chất tối) chưa được quan sát thấy. Các nhà thiên văn học vẫn đang cố gắng ước đoán xem vật chất này (nguyên tử và ion tạo nên các sao, hành tình, bụi và khí) đang ở đâu. Họ nghĩ rằng hầu hết hoặc thậm chí là tất cả những vật chất baryon thất lạc này nằm trong quầng thiên hà. Bằng cách đo mật độ của quầng khí ở khoảng cách lớn, các nhà thiên văn học hi vọng có thể lý giải được câu hỏi hóc búa này.
Trong cuộc chạm trán trước đây giữa SMC và LMC, cả sao và khí đều bị tách ra từ SMC, tạo thành một dòng triều. Ban đầu, các ngôi sao và khí đang di chuyển với tốc độ như nhau. Tuy nhiên khi hai thiên hà này tiến gần thiên hà của chúng ta thì quầng thiên hà gây ra một lực kéo tác động vào chúng. Các sao vì khá nhỏ và đặc nên chúng xuyên qua mà không thay đổi vận tốc còn hầu hết khí hydro trung hòa thì bị chậm lại đáng kế khi đi qua quầng. Bằng cách so sánh vị trí hiện tại của các sao và khí này, xem xét mật độ của khí và tính xem hai đám mây này đã đi qua quầng trong thời gian bao lâu, các nhà nghiên cứu đã ước tính được mật độ của nó.
Tiến sĩ Erkal kết luận: “Ước tính của chúng tôi cho thấy quầng có thể bổ khuyết một phần đáng kể vật chất baryon thất lạc, vẫn phù hợp với những kĩ thuật độc lập trước đây. Với việc sự thiếu hụt khối lượng dường như đã tạm ổn, mô hình tạo thành thiên hà vẫn đứng vững với những quan sát tỉ mỉ của Gaia."
Mỹ Linh
Theo Science Daily
