Khi mà những người yêu khoa học trên khắp thế giới tạm biệt nhà vũ trụ học huyền thoại Stephen Hawking, các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục có những khám phá quan trọng về tiến hóa của các cụm thiên hà và thu hút trí tưởng tượng của mọi người.
Giờ đây, một hợp tác quốc tế giữa Yutaka Fujita ở Đại học Osaka (Nhật Bản) và các nhà nghiên cứu ở Đài Loan, Italia, Nhật Bản và Mỹ đã tìm ra một qui luật cơ bản chi phối tiến hóa của các cụm thiên hà. Họ vừa công bố khám phá này mới đây trên Astronomical Journal.
Các cụm thiên hà là những cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ. Tuy nhiên, rất khó để đo được kích thước và khối lượng của chúng một cách chính xác vì chúng có thành phần chính là vật chất tối mà chúng ta không thể trực tiếp quan sát. Một cách để quan sát được vật chất tối một cách gián tiếp là sử dụng hiệu ứng thấu kính hấp dẫn dựa trên thuyết tương đối của Einstein.
Các tia sáng từ thiên hà phía sau một cụm thiên hà (khi quan sát từ Trái Đất) bị lực hấp dẫn của cụm kéo về phía nó khi chúng đi ngang qua cụm đó, và vì thế đường đi của chúng bị bẻ cong. Đây chính xác là hiệu ứng giống như của một thấu kính, hội tụ ánh sáng của một thiên hà ở xa và làm biến dạng hình ảnh của nó. Nếu chúng ta có thể đo được độ biến dạng của hình ảnh các thiên hà nền đó, chúng ta có thể biết được về trường hấp dẫn của cụm thiên hà đóng vai trò thấu kính, và kết quả là chúng ta có thể đo được chính xác kích thước và khối lượng của nó.
Nguyên lý của hiện tượng thấu kính hấp dẫn. Hình ảnh trích từ Từ điển Thiên văn học và Vật lý thiên văn.
Keiichi Umetsu ở học viện Sinica, Đài Loan giải thích: "Một việc khó trong nghiên cứu của chúng tôi là các phép đo chính xác độ biến dạng rất cần thiết."
Để giải quyết vấn đề đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu quan sát chi tiết từ kính thiên văn không gian Hubble của NASA và kính thiên văn Subaru thuộc Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản.
Kết hợp với dữ liệu về nhiệt độ của khí thu được từ đài quan sát Chandra X-ray, nhóm nghiên cứu đã điều tra chi tiết và thấy rằng các cụm thiên hà tuân theo một qui luật đơn giản có thể được biểu diễn chỉ bằng kích thước, khối lượng và nhiệt độ khí của chúng. Hơn thế nữa, bằng cách sử dụng tối đa các mô phỏng máy tính, họ cho thấy các cụm thiên hà đã lớn lên trong suốt 4 đến 8 tỷ năm theo như qui luật này cho biết. Về mặt lý thuyết, qui luật này cho thấy các cụm đều còn đang ở giai đoạn rất trẻ, tiếp tục lớn lên bằng cách hút lấy vật chất xung quanh.
"Chúng tôi đã khám phá ra một qui luật chi phối sự phát triển của các cụm thiên hà," Fujita nói. "Các cụm có một cấu trúc trong độc nhất được tạo thành từ giai đoạn tăng trưởng sớm của chúng."
Qui luật này đơn giản tới mức có thể được các nhà thiên văn học sử dụng để hiệu chính những liên hệ về khối lượng quan sát được - một yếu tố quan trọng để nghiên cứu những qui luật phổ quát của vũ trụ.
"Nghiên cứu của chúng tôi kéo chúng ta tới gần hơn việc giải thích lịch sử tiến hóa của các cụm thiên hà và của vũ trụ," Fujita bổ sung.
Tuấn Phong
Theo Space Daily
