Khi các thiên hà va chạm với nhau, quá trình đó ít giống một vụ tai nạn tàu hỏa mà giống với một cuộc hôn nhân hơn: hai thực thể riêng biệt hợp nhất thành một cấu trúc khổng lồ duy nhất. Nhưng các mối quan hệ vốn không dễ dàng, dù bạn là con người hay một thiên hà - và quá trình này cũng có thể "giết chết" các thiên hà đang hợp nhất bằng cách giải phóng những luồng gió làm ngừng quá trình tạo sao.
Cơ chế này có thể giúp giải thích một bí ẩn của vũ trụ sơ khai. Một lượng lớn các quan sát từ kính thiên văn không gian James Webb (JWST) đã cho thấy các thiên hà phát triển khối lượng lớn một cách đáng ngạc nhiên chỉ trong vòng 1 tỷ năm sau Big Bang. Cũng bất ngờ không kém, nhiều trong số các thiên hà này dường như đã ngừng tạo sao và trở nên tĩnh lặng (hay đã chết) chỉ khoảng một tỷ năm sau đó.
Các luồng gió thiên hà trước đây từng được xem là những "thủ phạm" có thể giết chết các thiên hà, nhưng các nhà thiên văn học thiếu bằng chứng trực tiếp để xác nhận rằng quá trình này có thể thực sự làm suy giảm đáng kể sự hình thành sao ở giai đoạn sớm như vậy của lịch sử vũ trụ. Giờ đây, trong một bài báo được công bố ngày 10 tháng 6 trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã mô tả cách các luồng gió do sao tạo ra có thể làm ngừng hoạt động của các thiên hà, tạo nên sự đa dạng của các cấu trúc thiên hà tĩnh lặng mà JWST đã quan sát được.
Sự thất thoát khí gần buổi bình minh của thời gian
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng JWST và tổ hợp kính thiên văn vô tuyến thu nhận bước sóng milimet và hạ-milimet tại sa mạc Atacama (ALMA) ở Chile để quan sát một hệ thiên hà có tên CRISTAL-02 khi nó xuất hiện chỉ 1 tỷ năm sau Big Bang.
Với khối lượng sao lớn gấp khoảng 10 tỷ lần khối lượng của Mặt Trời, CRISTAL-02 là một vụ hợp nhất thiên hà đại diện cho giai đoạn cuối của một vụ va chạm đa thiên hà. Nó cũng thể hiện một luồng khí khổng lồ, dài gần bằng chính hệ thiên hà này, đang thoát ra không gian với vận tốc hàng trăm dặm mỗi giây.
Theo các tác giả nghiên cứu, luồng vật chất khổng lồ này, chứa khối lượng tương đương 1,5 tỷ Mặt Trời, dường như được thúc đẩy bởi các luồng gió mạnh sinh ra từ một đợt tạo sao bùng nổ, cũng như từ cái chết của các ngôi sao. Cả hai quá trình đều xảy ra khi các thiên hà va chạm, làm chấn động các đám mây khí lớn và kích thích sự ra đời của các ngôi sao mới, bao gồm cả những ngôi sao cực kỳ nặng sẽ kết thúc vòng đời chỉ sau vài triệu năm bằng những vụ supernova dữ dội.
Những luồng gió giàu bức xạ mạnh được giải phóng từ các ngôi sao trẻ này và từ những "người anh chị" già cỗi đang chết đi của chúng sau đó có thể làm suy giảm quá trình hình thành sao bằng cách truyền năng lượng vào các vùng khí phân tử lạnh và phân tán chúng trước khi chúng kịp sụp đổ dưới tác dụng của hấp dẫn để sinh ra các ngôi sao mới.
"Thiên hà này có một luồng gió mạnh đang đẩy vật chất ra ngoài với tốc độ nhanh gấp đôi tốc độ mà thiên hà tạo ra các ngôi sao," tác giả chính Rebecca Davies, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Công nghệ Swinburne ở Australia, cho biết trong một tuyên bố.
Hình minh họa Kính thiên văn không gian James Webb đang quan sát một thiên hà ở rất xa.
(Nguồn ảnh: Getty Images)
Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng hệ thiên hà CRISTAL-02 có thể đang tạo ra khoảng 260 sao mới mỗi năm với khối lượng tương đương Mặt Trời - tốc độ cao gấp ba lần so với các thiên hà có khối lượng và tuổi tương tự. Tuy nhiên, nó cũng đang mất đi lượng vất chất tương đương hơn 500 khối lượng Mặt Trời mỗi năm - nhanh gấp 20 lần so với các thiên hà nặng điển hình.
"Chúng ta không biết nhiều về cách các thiên hà đầu tiên ngừng tạo sao. Nghiên cứu này cho thấy trực tiếp quá trình đó đang diễn ra," đồng tác giả Andreas Faisst, một nhà thiên văn học quan sát tại Caltech, cho biết qua email với Live Science.
"Nếu luồng vật chất này tiếp tục, thiên hà sẽ cạn kiệt lượng khí cần thiết để tạo sao trong chưa đầy 100 triệu năm nữa - chỉ là một cái chớp mắt xét theo thang thời gian vật lý thiên văn."
Một hiện tượng phổ biến trong vũ trụ
Nghiên cứu này cung cấp một mô hình về sự lão hóa của các thiên hà, hay quá trình suy giảm dần theo thời gian. "Gần một nửa số thiên hà nặng trong vũ trụ sơ khai đang tương tác với các thiên hà lân cận, cho thấy đây không phải là một hiện tượng cá biệt mà là một hiện tượng phổ biến trong vũ trụ," Davies cho biết thêm.
Tuy nhiên, các mô phỏng trước đây cho rằng các luồng vật chất phát ra từ các lỗ đen hoạt động mạnh, chứ không phải từ các ngôi sao, mới là tác nhân chính tạo ra các thiên hà tĩnh lặng. Các luồng vật chất do bùng nổ tạo sao tạo ra sẽ chấm dứt khi quá trình tạo sao ngừng lại, trong khi các luồng vật chất do lỗ đen điều khiển có thể tiếp tục tồn tại trong hàng trăm triệu năm sau đó.
Do đó, các nhà nghiên cứu không thể loại trừ khả năng luồng vật chất trong CRISTAL-02 được tạo ra bởi một lỗ đen mạnh vốn không hoạt động vào thời điểm quan sát.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn so sánh luồng vật chất của CRISTAL-02 với một mẫu gồm 99 luồng vật chất tương tự khác trải dài trong 12 tỷ năm lịch sử vũ trụ nhằm xác định liệu cơ chế phản hồi này có thay đổi theo thời gian hay không.
Họ phát hiện rằng hiệu quả của các luồng vật chất gần như không đổi trong suốt lịch sử vũ trụ, mặc dù các đặc tính bên trong của các thiên hà đã thay đổi khi vũ trụ già đi và giãn nở. Đồng thời, việc xác định rõ các cơ chế phản hồi trong vũ trụ sơ khai chi phối sự tiến hóa của thiên hà có thể giúp các nhà thiên văn học cải thiện các mô phỏng vũ trụ học nhằm giải thích vì sao vũ trụ ngày nay lại có hình dạng và hành vi như hiện tại.
"Nếu nhiều thiên hà sơ khai va chạm với nhau và trải qua giai đoạn phát triển nhanh chóng, thì có lẽ không có gì đáng ngạc nhiên khi chúng ta quan sát thấy quá nhiều thiên hà đã chết trong vũ trụ sơ khai," Davies giải thích. "CRISTAL-02 mang đến một lời giải thích tự nhiên cho bí ẩn vì sao những thiên hà nặng này sống nhanh và chết trẻ."
Những quá trình này vẫn đang diễn ra ngày nay, chi phối các vùng giàu sao trong thiên hà của chúng ta. Chúng cũng có thể quyết định tương lai rất xa của thiên hà Milky Way, bởi thiên hà này có thể va chạm với người hàng xóm lớn nhất của chúng ta, thiên hà Andromeda, trong khoảng 4,5 tỷ năm nữa. Khi vụ hợp nhất này xảy ra, nó "nhiều khả năng sẽ kích hoạt một đợt bùng nổ tạo sao đi kèm với các luồng gió sao mạnh - có thể tương tự những gì chúng ta đang thấy ở CRISTAL-02," Faisst cho biết qua email.
"Hệ Milky Way và Andromeda sau đó nhiều khả năng sẽ trở thành một thiên hà elip tĩnh lặng khổng lồ."
Tuấn Phong
Theo Livescience
