Trong vũ trụ sơ khai, một số thiên hà là những “cỗ máy” cực mạnh, tạo sao với tốc độ vượt xa mức tạo sao tương đối “khiêm tốn” của thiên hà Milky Way. Những “thiên hà quái vật” này bị bụi dày che phủ trong giai đoạn cách đây khoảng 10 tới 12 tỷ năm. Chúng được cho là tổ tiên của các thiên hà elip khổng lồ ngày nay. Tuy nhiên, điều gì khiến chúng phát triển mạnh mẽ như vậy vẫn luôn là một câu hỏi khó.
Ryota Ikeda và cộng sự tại Đài Thiên văn Quốc gia Nhật Bản có thể vừa tiến thêm một bước lớn trong việc giải câu đố này, bằng cách chỉ ra rằng không chỉ có một lời giải duy nhất. Sử dụng đồng thời Tổ hợp kính milimet/hạ-milimet Atacama (ALMA) và Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) để quan sát ba “thiên hà quái vật” trong chòm sao Sextans, họ đạt được một thành tựu chưa từng có. Họ so sánh chính xác vị trí nơi sao đang hình thành hiện nay với vị trí nơi sao đã hình thành trong quá khứ, tất cả ở cùng một độ phân giải rất cao là 0,06 arc-second. Mức này tương đương thị lực gấp khoảng 1.000 lần con người, đủ để phân biệt các cấu trúc chỉ rộng vài nghìn năm ánh sáng trong những thiên hà cách xa hàng tỷ năm ánh sáng.
Hai trong số các ăng-ten 12 m của Tổ hợp kính milimet/hạ-milimet Atacama (ALMA) hướng lên bầu trời tại Khu vận hành của tổ hợp (Array Operations Site - AOS), nằm trên cao nguyên Chajnantor ở độ cao 5.000 m thuộc dãy Andes của Chile. (Nguồn: ESO)
ALMA nổi trội trong việc phát hiện quá trình tạo sao đang diễn ra nhưng bị che khuất phía sau những lớp bụi dày, trong khi JWST theo dõi sự phân bố của các sao đã hình thành. Khi nhóm chồng ghép những hình ảnh bổ sung cho nhau này, ba thiên hà bộc lộ những cấu trúc rất khác nhau.
Thiên hà AzTEC-1 cho thấy hoạt động tạo sao trải rộng khắp thiên hà, trong khi các sao đã hình thành lại tập trung rất chặt ở vùng trung tâm. Kiểu phân bố này gợi ý một vụ va chạm lớn giữa hai thiên hà lớn đã đẩy khí vào bên trong, gây ra một đợt bùng nổ tạo sao dữ dội, đồng thời làm vật chất bị phân tán khắp hệ. Trong trường hợp này, sự dữ dội của một vụ sáp nhập thiên hà chính là “tia lửa” châm ngòi.
Thiên hà AzTEC-4 lại kể một câu chuyện khác. ALMA cho thấy những cánh tay xoắn rõ ràng được hình thành bởi vùng tạo sao đang hoạt động, nhưng JWST lại cho thấy các sao đã có sẵn phân bố thành một đĩa trơn, không có các đặc trưng xoắn nổi bật. Tổ hợp dấu hiệu này gợi ý quá trình tạo sao không cần một tác nhân bên ngoài, mà tự phát do sự bất ổn hấp dẫn bên trong chính thiên hà.
Thiên hà AzTEC-1 được quan sát bằng Tổ hợp kính ALMA tại Chile. ALMA cho thấy phân bố của khí phân tử (trái) và các hạt bụi (phải). Ngoài đám mây dày đặc ở vùng trung tâm, nhóm nghiên cứu còn phát hiện hai đám mây dày đặc khác ở cách tâm vài nghìn năm ánh sáng. Các đám mây này không ổn định về mặt động lực học và được cho là những nơi diễn ra quá trình tạo sao rất mạnh. (Nguồn: ALMA/ESO/NAOJ/NRAO)
Thiên hà AzTEC-8 đưa ra một kịch bản khác nữa. Trên ảnh ALMA, vùng tạo sao dày đặc, tập trung gần trung tâm thiên hà; còn JWST cho thấy phân bố sao trải rộng hơn nhiều, rải rác các cụm sao lớn. Cấu trúc này gợi ý một vụ va chạm với một thiên hà đồng hành nhỏ hơn đã mang thêm khí mới vào trung tâm, kích hoạt quá trình tạo sao mà không gây xáo trộn toàn bộ hệ theo kiểu sáp nhập lớn.
Phát hiện này đảo ngược giả định trước đây rằng mọi “thiên hà quái vật” đều lớn lên theo cùng một cách, và cho thấy có nhiều con đường khác nhau dẫn tới sự tăng trưởng nhanh chóng trong vũ trụ sơ khai. Nhóm nghiên cứu dự định mở rộng đáng kể số mẫu quan sát, tiến hành kiểm định thống kê về sự đa dạng này, đồng thời tìm hiểu các cơ chế nói trên có thể cho biết gì về quá trình hình thành những thiên hà như thiên hà Milky Way của chúng ta.
Nguyễn Đình Nam
Theo Universetoday
