Do Hệ Mặt Trời nằm bên trong đĩa của thiên hà Milky Way, các nhà thiên văn gặp nhiều khó khăn hơn trong việc xác định quy mô thực sự của nó so với việc nghiên cứu những thiên hà ở cách xa hàng triệu, thậm chí hàng tỷ năm ánh sáng. Trong khi các thiên hà ở xa có thể được khảo sát khá chính xác bằng kính thiên văn quang học thì để tìm hiểu đặc điểm của thiên hà Milky Way, các nhà thiên văn phải dựa vào những thiết bị quan sát ánh sáng ở các bước sóng khác như vô tuyến, hồng ngoại, tử ngoại và tia X.
Điều này cũng đúng với những cánh tay xoắn ở vùng ngoài của Milky Way, mà khoảng cách thực sự của chúng vẫn còn khá mơ hồ cho đến gần đây. Sử dụng Đài quan sát tia X Chandra của NASA và vệ tinh XMM-Newton của Cơ quan không gian châu Âu (ESA), một nhóm các nhà thiên văn vừa thực hiện những phép đo khoảng cách có độ chính xác cao tới các đám mây bụi nằm trong các cánh tay xoắn của thiên hà Milky Way. Kết quả cho thấy các nhánh này có thể trải rộng hơn so với những gì từng được cho là đúng, buộc các nhà thiên văn phải xem xét lại những mô hình hiện nay về cấu trúc của thiên hà mà chúng ta đang sinh sống.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Astronomy & Astrophysics. Nhóm nghiên cứu sử dụng một kỹ thuật dựa trên dội ánh sáng (light echo), trong đó họ quan sát các vòng sáng hình thành khi bức xạ từ vụ nổ tia gamma (GRB) phản xạ trên các đám mây bụi trong các cánh tay xoắn của thiên hà. Những GRB này được tạo ra khi các ngôi sao khối lượng lớn sụp đổ và phát nổ thành supernova hoặc sự hợp nhất của các sao neutron (vụ nổ kilonova). Đường kính của các vòng sáng trong ảnh tia X cho phép xác định khoảng cách đến các đám mây bụi, trong đó các vòng có kích thước lớn hơn được tạo ra bởi những đám mây bụi nằm gần chúng ta hơn.
"Từ góc độ hình học, đây là một phương pháp rất trực tiếp để đo chính xác khoảng cách tới các cánh tay xoắn của thiên hà Milky Way," tác giả chính Beatrice Vaiai, nghiên cứu sau tiến sĩ tại INAF-IASF Milano, người thực hiện nghiên cứu này khi còn là nghiên cứu sinh trong chương trình đào tạo chung giữa Trường Đại học Cao cấp (IUSS) Pavia và Đại học Trento (Ý), cho biết. "Hầu hết các phương pháp khác đều dựa trên những giả định về cách thiên hà Milky Way quay, trong khi những giả định đó ngày càng kém chắc chắn ở các vùng ngoài của thiên hà."
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng ba GRB khác nhau và các vòng sáng mà chúng tạo ra trong ba cánh tay xoắn của Milky Way. Theo thứ tự khoảng cách tăng dần tính từ tâm thiên hà, đó là các cánh tay Perseus, Outer và Scutum-Centaurus. Đối với hai cánh tay xa hơn là Outer và Scutum-Centaurus, các vòng sáng do GRB tạo ra cho thấy chúng nằm xa hơn khoảng 10% so với các ước tính trước đây. Dữ liệu cũng cho phép nhóm nghiên cứu ước tính đường kính của đám mây bụi trong cánh tay xa nhất (3.500 năm ánh sáng).
Kết quả này cho thấy các phép đo phản ánh toàn bộ bề dày của cánh tay xoắn, chứ không chỉ khoảng cách đến từng đám mây bụi riêng lẻ. "Mức chênh lệch tuy không lớn, nhưng bất kỳ sự điều chỉnh nào về các khoảng cách này đều rất quan trọng vì chúng là nền tảng để hiểu cấu trúc của thiên hà chúng ta," đồng tác giả Ilaria Fornasiero, cũng là nhà nghiên cứu tại INAF-IASF Milano và IUSS Pavia, cho biết. "Chẳng hạn, điều này có thể đồng nghĩa với việc các nhà thiên văn phải điều chỉnh lại ước tính về khối lượng của thiên hà, bởi khoảng cách đó ảnh hưởng đến mức độ vươn rộng của các cánh tay xoắn."
Kỹ thuật này mang lại bước tiến đáng kể trong việc đo khoảng cách bên trong thiên hà Milky Way, đồng thời cho thấy những hiện tượng thoáng qua nhưng rất mạnh như GRB hay vụ nổ vô tuyến nhanh (FRB) có thể được sử dụng để khảo sát khoảng cách trong vũ trụ. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có hạn chế vì các GRB đủ sáng và có thể quan sát được qua mặt phẳng thiên hà là rất hiếm. "Chúng tôi phải chờ vũ trụ 'cung cấp' những sự kiện như vậy. Trong hơn 25 năm qua, chúng tôi mới chỉ phát hiện được một số rất ít trường hợp có thể sử dụng," đồng tác giả Andrea Tiengo thuộc IUSS Pavia cho biết. "Dù vậy, chúng tôi sẽ tiếp tục tìm kiếm thêm nhiều sự kiện như thế."
Nguyễn Đình Nam
Theo Universetoday
