Các nhà thiên văn học đã gần như kiểm chứng được sự tồn tại của một thiên hà thiếu hụt vật chất tối trong vũ trụ. Phát hiện này không chỉ chỉ ra rằng các thiên hà không có vật chất tối có thể tồn tại, mà còn đặt ra những câu hỏi cơ bản về cách mà các thiên hà kỳ quặc này hình thành.
Nghiên cứu được đăng vào ngày 16 tháng 10 trên trang arXiv, sử dụng kính thiên văn không gian Hubble để chụp ảnh về thiên hà kỳ lạ NGC 1052-DF4 (hay viết tắt là DF4). Với những quan sát mới, các nhà nghiên cứu xác định được nhiều sao khổng lồ đỏ nằm trong nhóm sáng nhất gọi là TRGB (chỉ dãy sao khổng lồ đỏ trên biểu đồ quang phổ). Vì các sao TRGB đều tỏa sáng với cùng độ sáng khi quan sát ở dải hồng ngoại nên điều duy nhất ảnh hưởng tới độ sáng biểu kiến của những ngôi sao này là khoảng cách của chúng.
Vì vậy, bằng cách xác định các ngôi sao kiểu TRGB, các phép tính toán cho thấy thiên hà DF4 cách chúng ta khoảng 61 triệu năm ánh sáng. Theo các nhà nghiên cứu, điều này cho thấy các kết quả trước đây cho rằng DF4 gần hơn nhiều và chứa một lượng vật chất tối bình thường là sai lầm.
"Tôi nghĩ rằng đây là điều chắc chắn", đồng tác giả Pieter Van Dokkum của Đại học Yale nói. "Không có gì để tranh cãi về TRGB, nó là kết quả của những kiến thức vững chắc về vật lý thiên văn và đây là phương pháp chính xác nhất để đo khoảng cách."
Cuộc tranh luận về các thiên hà không có vật chất tối
Trong vài năm trở lại đây, có một vấn đề gây tranh cãi trong cộng đồng thiên văn học. Vào năm 2018, Van Dokkum và nhóm của ông tình cờ gặp một thiên hà đặc biệt có tên là DF2. Thiên hà này dường như không có bất kỳ một lượng vật chất tối đáng kể nào. Bởi vì vật chất tối chiếm khoảng 85% toàn bộ vật chất của vũ trụ nên việc phát hiện ra thiên hà không có vật chất tối khiến nhiều người chú ý và hoài nghi.
Một trong những người nghi ngờ về phát hiện này là Ignacio Trujillo của Viện Vật lý thiên văn Canary. Trujillo và nhóm của ông đưa ra kết quả nghiên cứu riêng của mình về DF2. Dựa trên nhiều phương pháp khác nhau, nhóm của Trujillo xác định rằng DF2 thực sự gần hơn so với những gì nhóm của Dokkum kết luận - rằng nó cách khoảng 42 triệu năm ánh sáng thay vì 61 triệu năm ánh sáng. Trujillo lập luận rằng điều này có nghĩa là DF2 không kỳ lạ như suy nghĩ ban đầu và nó làm ẩn đi một lượng vật chất tối giống như dự đoán đối với các thiên hà bình thường.
Nhưng chỉ sáu ngày sau đó, nhóm của Van Dokkum công bố một nghiên cứu khác xác định một thiên hà thứ hai, DF4, nằm cách xa tương tự như DF2 và cũng thiếu hụt vật chất tối. Và một lần nữa, Trujillo và các đồng nghiệp của ông cũng tự mình tính toán khoảng cách tới DF4. Dựa trên dữ liệu của kính thiên văn Hubble khi đó, khu vực thiếu vật chất tối được xác định là TRGB của thiên hà DF4. Nhưng dữ liệu mới với số liệu của nhiều sao mờ hơn trước, nhóm của Trujillo có thể đã có sai sót trong việc xác định TRGB.
"Trong dữ liệu mới, không có một sự mơ hồ nào", tác giả của nghiên cứu là Shany Danieli ở đại học Yale nói. "Chúng tôi nghĩ rằng dữ liệu mới thực sự bác bỏ kết luận về khoảng cách từ nhóm của Trujillo". Kết quả từ TRGB thường được cho là chính xác vì nó đã được hiểu rất rõ ràng.
Một thiên hà không có vật chất tối có ý nghĩa gì?
Nếu những kết quả này đứng vững trước những sự đánh giá và xem xét sắp tới thì việc khám phá ra thiên hà đầu tiên (và có thể là thứ hai) không có vật chất tối sẽ thay đổi những hiểu biết cơ bản của chúng ta về cách các thiên hà hình thành và phát triển.
"DF4 và DF2 chỉ ra một cách thức mới của sự hình thành thiên hà, và chúng thậm chí còn đặt ra câu hỏi liệu chúng ta có hiểu một thiên hà là gì," Van Dokkum nói. Hiện tại, chúng ta nghĩ rằng các thiên hà hình thành với vật chất tối, đó là cách chúng giữ được một lượng lớn khí và bụi đủ để khởi động sự hình thành sao.
"Vấn đề là chúng ta không biết các ngôi sao hình thành như thế nào nếu không có vật chất tối," Van Dokkum nói. "Tất cả những gì chúng ta có thể nói là các thiên hà này đã từng có lượng khí rất dày đặc, nếu không, chúng không thể hình thành sao."
Nhưng liệu kết quả tính toán khoảng cách mới nhất tới thiên hà DF4 có thực sự đủ để khám phá ý nghĩa của những thiên hà không vật chất tối?
"Vâng, đó là hy vọng của chúng tôi. Chúng tôi muốn thảo luận về ý nghĩa của các thiên hà này, hơn là liệu các phép đo của chúng tôi có chính xác hay không", Danieli nói. "Nói vậy nhưng chúng tôi hoàn toàn đồng ý rằng nhưng kết luận phi thường đòi hỏi những bằng chứng phi thường."
Trần Hữu Phú Cường
Theo Astronomy
