Các nhà thiên văn học biết rằng các vụ hợp nhất đóng vai trò rất lớn trong quá trình phát triển của thiên hà. Hiện tại, thiên hà Milky Way đang từ từ hấp thụ Mây Magellan Lớn và Mây Magellan Nhỏ (hai thiên hà lùn, là vệ tinh của nó). Bằng chứng là dòng khí được gọi là Dòng Magellan (Magellanic Stream), dài khoảng 600.000 năm ánh sáng. Milky Way đang tước lấy khí từ hai vệ tinh này, vốn không có đủ khối lượng để giữ lại lượng khí đó. Chúng đang thua trong cuộc giằng co hấp dẫn với Milky Way.
Milky Way cũng đã hấp thụ nhiều thiên hà khác. Sứ mệnh Gaia của Cơ quan Không gian châu Âu (ESA) đã cho thấy Milky Way từng “nuốt” thiên hà lùn Gaia-Enceladus-Sausage từ hàng tỷ năm trước.
Thiên hà láng giềng Andromeda của chúng ta cũng được biết là có nhiều thiên hà lùn vệ tinh và từng phát triển qua các vụ hợp nhất trong quá khứ. Một nghiên cứu mới đã xem xét các thiên hà lùn này để cố gắng hiểu rõ quá trình hợp nhất lâu dài và phức tạp. Bài nghiên cứu có tiêu đề “Cuộc sống và cái chết của các thiên hà vệ tinh mờ xung quanh M31”, đã được gửi đăng lên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society và hiện có sẵn trên arxiv. Tác giả chính là Alex Merrow từ Khoa Vật lý, Đại học Durham.
Nhờ phần lớn vào sứ mệnh Gaia của ESA, các nhà thiên văn học hiện có trong tay một lượng lớn dữ liệu chính xác về chuyển động riêng của hơn một tỷ ngôi sao trong Milky Way. Điều này cho phép họ truy ngược quỹ đạo của các thiên hà vệ tinh theo thời gian. Khi kết hợp với khả năng phân giải không gian các ngôi sao riêng lẻ ở khoảng cách xa, các nhà thiên văn có thể phát hiện những quần thể sao có cùng nguồn gốc, ngay cả khi chúng không còn liên kết hấp dẫn với nhau. Nhóm nghiên cứu cho biết, bằng cách kết hợp tất cả dữ liệu này, họ có thể hiểu được các quá trình vật lý định hình các thiên hà vệ tinh khi chúng quay quanh những thiên hà chủ lớn hơn nhiều.
“Cụm Địa phương (Local Group / hoặc Nhóm Địa phương) mang lại một môi trường kiểm nghiệm độc nhất cho các lý thuyết tiến hóa thiên hà nhờ vào góc nhìn đặc biệt của chúng ta từ bên trong nó,” các tác giả giải thích.
Nghiên cứu trước đây đã xem xét cách mà các thiên hà lùn rơi vào Milky Way, và thời điểm chúng bị ngừng tạo sao - tức là mất đi lượng khí cần thiết để hình thành các sao mới. Thiên hà lớn hơn sẽ hút lấy lượng khí đó, đôi khi còn kích hoạt một đợt bùng nổ tạo sao trong thiên hà lớn. Theo một cách nào đó, thiên hà lớn đang “ăn thịt” vệ tinh của nó và đánh cắp các sao mới.
Nhóm nghiên cứu muốn tìm hiểu quá trình các thiên hà vệ tinh bị dập tắt, một phần quan trọng trong quá trình hợp nhất.
“Chúng tôi đưa ra các dự đoán về chuyển động riêng, thời điểm rơi vào quỹ đạo và thời điểm tiến gần cận điểm đầu tiên của 39 thiên hà vệ tinh của M31,” các tác giả viết. Họ ước lượng các đặc tính này dựa trên các mô phỏng vũ trụ học kiểu N-body và các đặc điểm của chính M31. “Chúng tôi sử dụng những giới hạn này về lịch sử quỹ đạo của vệ tinh cùng với lịch sử tạo sao đã được công bố để điều tra các cơ chế môi trường chính gây ra sự ngừng tạo sao của các vệ tinh quanh những thiên hà như M31.”
Bức ảnh toàn cảnh này cho thấy sự phân bố của các thiên hà vệ tinh đã biết đang chuyển động quanh thiên hà Andromeda (M31), nằm cách Trái Đất 2,5 triệu năm ánh sáng. 36 thiên hà nhỏ hơn được khoanh tròn màu vàng. Thiên hà lùn nổi bật nhất là M32 (NGC 221), một thiên hà elip dạng nén, có thể là lõi còn sót lại của một thiên hà lớn hơn đã va chạm với Andromeda vài tỷ năm trước.
Nguồn ảnh: NASA, ESA, A. Savino (UC Berkeley), J. DePasquale (STScI), A. Fujii DSS2.
Kết quả cho thấy chỉ những vệ tinh có khối lượng lớn nhất của M31 mới có thể duy trì việc tạo sao hơn 3 tỷ năm sau khi tiếp cận cận điểm (điểm mà vệ tinh gần M31 nhất và chịu lực hấp dẫn mạnh nhất). Các tác giả cho biết điều này cho thấy "áp lực động, tước hấp dẫn và/hoặc sự ngừng hút khí từ môi trường là các cơ chế hiệu quả trong việc làm ngừng tạo sao ở các thiên hà lùn có khối lượng dưới 10⁷․⁵ khối lượng Mặt Trời khi trở thành vệ tinh của M31.”
Các vệ tinh có khối lượng thấp hơn rất khó tồn tại. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng phần lớn trong số đó đã ngừng tạo sao trước cả khi thực sự tiếp cận Andromeda.
“Phần lớn các vệ tinh khối lượng thấp còn lại có vẻ đã bị ngừng tạo sao đáng kể trước khi chúng tiếp cận cận điểm đầu tiên, những thiên hà vệ tinh nhẹ nhất đã tắt từ cách đây 10 tỷ năm,” các tác giả cho biết.
Một số trong đó ngừng tạo sao do quá trình tái ion hóa khi khí bị đốt nóng bởi bức xạ tử ngoại. Khi bị nung nóng quá mức, khí có đủ động năng để thoát khỏi thiên hà lùn. Nó bị quang bốc hơi (tức là gần như bị “đun sôi”) khỏi vệ tinh. Tuy nhiên, phần lớn các thiên hà lùn có khối lượng thấp bị dập tắt sớm là do quá trình mà nhóm nghiên cứu gọi là tiền xử lý. Trong trường hợp này, thiên hà vệ tinh đã từng ở gần một thiên hà chủ khác nhỏ hơn Andromeda, nơi các tác động môi trường có thể đã làm nóng hoặc tước mất khí, dẫn đến việc ngừng tạo sao.
Dòng Magellan là bằng chứng cho thấy Milky Way đang tước lấy khí tạo sao từ hai vệ tinh lớn nhất của nó: Mây Magellan Lớn và Mây Magellan Nhỏ. Nguồn ảnh: NASA.
Nhóm nghiên cứu so sánh kết quả này với những gì đã biết về Milky Way và phát hiện rằng hai thiên hà có các quần thể vệ tinh khác nhau rõ rệt. “Cụ thể, các vệ tinh của Milky Way nhìn chung đã là vệ tinh lâu hơn và dừng tạo sao nhanh hơn sau khi rơi vào quỹ đạo so với các vệ tinh của M31,” họ viết. Dựa trên các nghiên cứu trước đó, họ lưu ý rằng "Phần lớn vệ tinh của Milky Way có thời điểm dừng tạo sao cách đây trên 11 tỷ năm và/hoặc thời điểm rơi vào quỹ đạo trên 9 tỷ năm, chiếm 76% tổng số.”
Ngược lại, các vệ tinh của Andromeda có sự phân bố rộng và đều hơn về cả thời gian rơi vào quỹ đạo và thời gian dừng tạo sao. Điều này có thể xuất phát từ sự khác biệt trong phương pháp quan sát và đo lường vệ tinh giữa hai thiên hà. Hoặc, cũng có thể cho thấy Milky Way đã hấp thụ các vệ tinh của mình sớm hơn Andromeda - tất nhiên, trừ Mây Magellan Lớn và Nhỏ.
“Ở các vệ tinh của M31, chúng tôi thấy phần lớn quá trình ngừng tạo sao xảy ra trước khi tiếp cận cận điểm, thậm chí trước khi rơi vào quỹ đạo,” các tác giả cho biết. “Điều này phù hợp với cả quá trình dập tắt nội tại, tiền xử lý bởi các thiên hà chủ khác, mạng vũ trụ, hoặc trong một số trường hợp cổ xưa nhất, là do tái ion hóa.”
Các nhà thiên văn ngày nay có nhiều dữ liệu hơn bao giờ hết, cho phép họ nghiên cứu cách mà các thiên hà lớn ngừng tạo sao và “tiêu thụ” các vệ tinh của mình. Ngừng tạo sao là một phần cơ bản trong quá trình hợp nhất, và nghiên cứu này giúp họ hiểu rõ cách thức quá trình này diễn ra khác nhau ra sao giữa các thiên hà.
“Đặc điểm của các vệ tinh quanh M31 phản ánh thực tế rằng các tác động môi trường (như áp lực động, tước hấp dẫn, hoặc sự ngừng hấp thụ khí) là những cơ chế dập tắt đáng tin cậy đối với các thiên hà vệ tinh có khối lượng thấp trong vũ trụ,” các tác giả kết luận.
Bryan
Theo Universetoday
