Thiên hà Milky Way đã phát triển thành hình dạng hiện tại với tham gia của các thiên hà nhỏ hơn theo thời gian, những thiên hà mà nó đã nuốt chửng hoặc hợp nhất. Các nhà thiên văn học có thể xác định những ngôi sao trong Milky Way có nguồn gốc từ các thiên hà khác bằng cách nhận diện một số đặc điểm nhất định, như độ lệch tâm trong quỹ đạo thiên hà của chúng và hàm lượng các nguyên tố nặng mà chúng có chứa. Sau đó, các đặc tính của một số thiên hà đã hợp nhất có thể được xác định khi các nhà thiên văn tìm thấy những nhóm sao có các đặc điểm tương tự nhau.
Một nhóm các nhà thiên văn gần đây đã nghiên cứu một mẫu gồm 20 ngôi sao mà họ tin rằng đã hình thành cùng nhau trong một thiên hà lùn mà họ gọi là “Loki”, thiên hà đã hợp nhất với Milky Way trong giai đoạn tiến hóa đầu tiên của nó. Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cho thấy các ngôi sao này nghèo kim loại, nhưng khác biệt so với các sao nghèo kim loại khác được tìm thấy trong quầng thiên hà của Milky Way.
Sao nghèo kim loại và những "viên gạch" của vũ trụ
Những ngôi sao đầu tiên hình thành trong vũ trụ được cấu tạo từ hydro (H) và helium (He). Các sao này tổng hợp hydro và helium thành những nguyên tố nặng hơn, từ đó tạo nên các thế hệ sao sau này. Các thế hệ sao tiếp theo lại tổng hợp các nguyên tố của chúng thành những nguyên tố còn nặng hơn nữa, và cứ tiếp tục như vậy. Các nhà thiên văn gọi những sao có lượng nguyên tố nặng (như sắt) tương đối nhỏ là “nghèo kim loại”. Các thiên hà được tạo thành từ những ngôi sao như vậy đóng vai trò như những “viên gạch” xây dựng trong vũ trụ sơ khai.
“Những ‘viên gạch’ này đã hợp nhất với nhau trong các thời kỳ đầu, phân tán thành phần sao, khí và vật chất tối của chúng vào thiên hà tiền thân đang hình thành. Do đó, những ngôi sao nghèo kim loại nhất có nguồn gốc từ giai đoạn lắp ráp thiên hà sơ khai được cho là tập trung ở các vùng bên trong của Milky Way, trong khi những sao được bồi tụ sau này có thể phân tán trong quầng ngoài,” các tác giả nghiên cứu giải thích.
Các khảo sát sao trong Milky Way đã phát hiện những ngôi sao rất nghèo kim loại, nhưng phần lớn nằm trong quầng thiên hà chứ không phải trong mặt phẳng thiên hà. Một số bằng chứng cho thấy các ngôi sao trong mặt phẳng có quỹ đạo nghịch chiều chỉ có thể có nguồn gốc từ giai đoạn lắp ráp sơ khai của Milky Way, trong khi các ngôi sao có quỹ đạo thuận chiều được bổ sung bởi các hệ đã được bồi tụ sau này.
Một thiên hà lùn ẩn trong mặt phẳng thiên hà
Nghiên cứu mới đã khảo sát các đặc tính hóa học của một nhóm gồm 20 ao nghèo kim loại trong mặt phẳng thiên hà của Milky Way. Nhóm này bao gồm cả các ngôi sao có quỹ đạo thuận chiều và nghịch chiều, tất cả đều có độ lệch tâm khá cao. Hàm lượng hóa học của các ngôi sao được so sánh với các ngôi sao trong quầng thiên hà, các thiên hà lùn và các quần thể mô phỏng.
Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng các dấu hiệu hóa học từ nhóm này cho thấy sự làm giàu bởi các supernova năng lượng cao, hypernova, các sao khối lượng lớn quay nhanh và các vụ hợp nhất sao neutron, nhưng không có dấu hiệu từ các vụ nổ sao lùn trắng. Điều này cho thấy nguồn gốc của các ngôi sao này có khả năng là một thiên hà lùn tuổi thọ ngắn và giàu năng lượng. Các dấu hiệu hóa học này tương tự nhau ở cả các ngôi sao thuận chiều và nghịch chiều, gợi ý rằng chúng có nguồn gốc tương tự.
Các tác giả nghiên cứu cho rằng kết quả của họ cho thấy những ngôi sao này có nguồn gốc khác biệt so với các ngôi sao nghèo kim loại trong quầng thiên hà. Họ viết: “Các đối tượng này, ngoại trừ một ngôi sao, cho thấy độ phân tán [X/Fe] hẹp hơn so với quầng và chỗ phình thiên hà tại cùng giá trị [Fe/H]. Độ phân tán [X/Fe] của các đối tượng của chúng tôi rất giống với một hệ kín, và nhỏ hơn trường hợp của hai vùng hình thành có mức làm giàu hóa học khác nhau.”
Quỹ đạo nghịch chiều và thuận chiều từ cùng một hệ?
Các nhà thiên văn đặt ra câu hỏi liệu các ngôi sao có quỹ đạo thuận chiều có thể đến từ một hệ khác với các ngôi sao có quỹ đạo nghịch chiều hay không. Tuy nhiên, họ cho rằng khối lượng của vật chất sao và khí liên quan trong các mô hình của họ phản ánh một hệ duy nhất, cụ thể là khối lượng của một thiên hà lùn.
“Hoặc, nếu mẫu của chúng tôi có nguồn gốc từ một cặp hệ, trường hợp đơn giản nhất sẽ là một hệ cho các ngôi sao thuận chiều và một hệ cho các ngôi sao nghịch chiều. Cặp hệ này sẽ chia sẻ lịch sử và quá trình tiến hóa hóa học rất giống nhau, nếu không muốn nói là giống hệt nhau. Tổng khối lượng baryon sẽ gấp đôi trường hợp của kịch bản một hệ duy nhất.”
Các tác giả lưu ý rằng mẫu nghiên cứu này còn nhỏ, nhưng các khảo sát quang phổ đồng nhất quy mô lớn trong tương lai, như WEAVE và 4MOST, sẽ giúp làm sáng tỏ nguồn gốc của các ngôi sao nghèo kim loại trong mặt phẳng thiên hà.
R.T
Theo Phys.org
