Cụm thiên hà Abell 2029 đôi khi được mô tả là “cụm thư giãn nhất trong vũ trụ”. Biệt danh này không xuất phát từ một sự tĩnh lặng và êm đềm nào đó, mà là bởi khí siêu nóng lan tràn khắp cụm thiên hà này dường như rất ổn định và hầu như không bị xáo trộn.
Những quan sát mới từ Đài quan sát tia X Chandra của NASA cho thấy rõ rằng Abell 2029 đã từng có một lịch sử “sôi động” hơn nhiều so với trạng thái hiện tại của nó. Nghiên cứu mới nhất phát hiện rằng Abell 2029 vẫn đang dần ổn định trở lại sau một vụ va chạm dữ dội với một cụm thiên hà nhỏ hơn cách đây khoảng 4 tỷ năm.
Các cụm thiên hà là những cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ được liên kết với nhau bởi lực hấp dẫn. Chúng bao gồm hàng trăm, thậm chí hàng nghìn thiên hà, vật chất tối vô hình và một lượng khí khổng lồ lấp đầy khoảng không giữa các thiên hà. Khí này thường được nung nóng tới hàng triệu độ, khiến nó phát sáng trong bước sóng của tia X.
Một nhóm nghiên cứu do các nhà thiên văn học từ Đại học Boston (BU) và Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard & Smithsonian (CfA) dẫn đầu đã thực hiện quan sát tia X sâu nhất từng có đối với cụm thiên hà này bằng Chandra. Kết quả được mô tả trong một bài báo trên The Astrophysical Journal do Courtney Watson từ BU và CfA đứng đầu.
Dữ liệu từ Chandra cho thấy những dấu hiệu rõ ràng rằng cụm thiên hà này không hề có một lịch sử “êm đềm”. Hình ảnh tổng hợp mới này cho thấy bằng chứng về những “biến động” trong quá khứ của cụm thiên hà qua cấu trúc giống vỏ ốc nautilus trong dữ liệu Chandra (màu xanh lam). Ánh sáng khả kiến từ các ngôi sao và thiên hà trong cùng trường nhìn hiện lên chủ yếu màu trắng trong hình ảnh từ Pan-STARRS, một kính thiên văn tại Hawaii.
Nhóm nghiên cứu cho rằng cấu trúc xoắn trong khí nóng được hình thành khi khí trong cụm thiên hà bị “dao động lệch sang một bên” do tác động hấp dẫn từ vụ va chạm giữa các cụm thiên hà - tương tự như cách rượu vang chuyển động trong ly rượu. Cấu trúc xoắn ốc dao động trong Abell 2029 là một trong những cấu trúc dài nhất từng được quan sát, kéo dài khoảng 2 triệu năm ánh sáng tính từ tâm cụm thiên hà.
Có một số bằng chứng quan trọng khác về vụ va chạm trong quá khứ, chưa từng được quan sát đồng thời trong một cụm thiên hà nào trước đây, cho phép nhóm nghiên cứu lần theo lịch sử va chạm của cụm thiên hà này với mức độ chi tiết chưa từng có. Ví dụ, nhóm nghiên cứu quan sát thấy dấu hiệu của một vùng “bắn tung ra” rộng gồm khí lạnh hơn được tạo ra bởi vụ va chạm. Cũng có thể tồn tại một sóng xung kích - tương tự tiếng nổ siêu thanh từ máy bay vượt tốc độ âm thanh - trong lượng khí siêu nóng còn sót lại sau vụ va chạm.
Cuối cùng, còn có một cấu trúc “vịnh” trong khí nóng mà các nhà nghiên cứu cho rằng có thể được tạo ra bởi sự chồng lấn giữa phần ngoài của cấu trúc xoắn và lượng khí bị tước khỏi cụm thiên hà nhỏ hơn khi nó đi xuyên qua cụm lớn hơn. Mặc dù các tác giả cho rằng đây là tàn tích của vụ va chạm, những lời giải thích khác cho cấu trúc này vẫn có thể tồn tại.
Các mô phỏng máy tính về vụ va chạm cho thấy cụm thiên hà nhỏ hơn có khối lượng chỉ bằng khoảng một phần mười cụm lớn hơn. Cấu trúc xoắn ốc dao động hình thành khi cụm nhỏ hơn lần đầu tiên đi xuyên qua cụm lớn hơn, kéo khí của nó lệch sang một bên. Sau đó, lực hấp dẫn của cụm lớn hơn khiến cụm còn lại chậm lại và bị kéo quay trở lại cho một vụ va chạm thứ hai. Điều này tạo ra mặt sóng xung kích và để lại một vệt vật chất, hình thành nên vùng bắn ra.
Để phát hiện các cấu trúc khác nhau này, các tác giả đã sử dụng một kỹ thuật đặc biệt nhằm phân tích mức độ lệch của khí nóng trong cụm thiên hà so với một hình dạng đối xứng. Phần lớn khí nóng có tính đối xứng và gần giống hình bầu dục. Các tác giả đã loại bỏ hình dạng bầu dục đối xứng này khỏi ảnh tia X gốc. Phần phát xạ tia X còn lại trong dữ liệu đã được loại trừ cho thấy rõ các cấu trúc bất thường như xoắn ốc dao động, vùng vịnh và vùng bắn ra. Mặt sóng xung kích quá mờ để có thể nhìn thấy trong hình ảnh này.
Hình ảnh tổng hợp mới kết hợp cả ảnh tia X gốc và ảnh tia X đã được loại trừ từ các quan sát sâu của Chandra về Abell 2029. Ảnh tia X loại trừ (màu xanh lam nhạt) cho thấy nổi bật cấu trúc xoắn dao động. Phần lớn ảnh tia X gốc có màu xanh lam đậm hơn, ngoại trừ trung tâm ảnh có màu xanh lam nhạt. Hai cấu trúc khác - vùng vịnh và vùng bắn ra - được đánh dấu trong một phiên bản chú thích của hình ảnh. Độ sáng của ảnh gốc đã được giảm xuống trong hình này nhằm làm nổi bật rõ hơn ảnh đã trừ.
Bryan
Theo Phys.org
