Một nhóm các nhà nghiên cứu ở khoa vật lí,đại học Keio đã phát hiện một dải mây phân tử có cấu trúc xoắn ốc đặc biệt nhờ sự quan sát của kính viễn vọng NRO 45m tại đài quan sát NAOJ,đài thiên văn quốc gia Nhật Bản.
Trưởng nhóm nghiên cứu là Shinji Matsumura, một nghiên cứu sinh bậc tiến sĩ năm hai, và Tomoharu Oka đặt tên cho nó đám mây "Đuôi lợn" (pigtail) do hình dạng của nó. Đám mây phân tử này nằm ở trung tâm thiên hà, cách Hệ Mặt Trời khoảng 30.000 năm ánh sáng. Đám mây phân tử khổng lồ trong khu vực này chuyển động quanh tâm thiên hà theo hai quỹ đạo khép kín.
Hai quĩ đạo giao nhau ở phía đuôi đám mây. Nhóm nghiên cứu đã phân tích nhiều dòng phân tử quang phổ. Các nhà nghiên cứu đã tiết lộ rằng hai đám mây phân tử khổng lồ va chạm với nhau chính xác ở phần đuôi. Những phát hiện này cho thấy rằng cấu trúc xoắn ốc của các đám mây phân tử "đuôi lợn" hình thành khi hai đám mây phân tử với các quỹ đạo khác nhau va chạm ma sát và ống từ bị xoắn.
Các đánh giá thường cho rằng cấu trúc xoắn ốc của khí liên kết và xoắn cuộn lại với các đường sức từ. Đôi khi cấu trúc này được quan sát ở các hiện tượng thiên văn với lực từ , chẳng hạn nhật hoa Mặt Trời hoặc siêu lỗ đen ở trung tâm thiên hà. Nhật hoa Mặt Trời là khí plasma bao gồm tầng khí quyển ngoài cùng của Mặt Trời, và nó có nhiệt độ rất cao - khoảng 1.000.000 độ Kelvin.
Trong vòng bán kính 600 năm ánh sáng từ trung tâm của thiên hà nơi chúng ta sống, là một mật độ cao của các ngôi sao và khí phân tử hình thành sao. Khí phân tử sẽ dần trở thành một "đám mây phân tử," dày đặc và nó được cho là để di chuyển chủ yếu theo hai quỹ đạo hình elip (Lưu ý 1) xung quanh trung tâm thiên hà. Hai nhóm quỹ đạo hình elip có một cấu trúc lồng nhau, và cắt nhau tại hai điểm trên đĩa thiên hà.
Tại các nút giao, hai đám mây phân tử thường xuyên va chạm. Các nghiên cứu cho đến nay cho thấy những va chạm giữa các đám mây phân tử gây ra sự nén khí, kích thích hoạt động hình thành sao. Ngoài ra, từ những quan sát vô tuyến trước đó, sự tồn tại của một số nguồn vô tuyến rộng vuông góc từ đĩa thiên hà đã được xác nhận.
Điều đó có nghĩa là thông lượng của các đường sức từ xấp xỉ một milligauss (Lưu ý 2) vuông góc với đĩa thiên hà. Tuy nhiên, vấn đề gây tranh cãi là liệu các phần vuông góc tồn tại khắp khu vực trung tâm thiên hà (bán kính khoảng 600 năm ánh sáng) hay chỉ nằm cục bộ .
(Lưu ý 1) Đây là một cấu trúc thanh ngang trải dài khoảng 12.000 năm ánh sáng trong thiên hà. Khí di chuyển dọc theo hai nhóm quỹ đạo hình elip (x1 và x2 quỹ đạo) kéo dài song song và cùng vuông góc với cùng cấu trúc. X1 là một quỹ đạo hình elip mở rộng song song với cơ cấu thanh trong đĩa thiên hà, trong khi quỹ đạo hình elip x2 vuông góc với X1.
(Lưu ý 2) 1 gauss là một đơn vị của mật độ từ thông: một nam châm sắt chứa vài nghìn gauss, địa từ trường là khoảng 0,4 gauss ( ở vùng giáp ranh Tokyo). Một milligauss bằng 1/1000 của một gauss.
Hasegawa, một thành viên của nhóm nghiên cứu đã nhận thấy sự tồn tại của một đám mây phân tử xoắn ốc khi ông cẩn thận kiểm tra các dữ liệu khối lượng của dòng 115-GHz quay quang phổ được phát ra bởi các phân tử carbon monoxide (CO). Kính thiên văn 45m tại Đài quan sát Nobeyama (NRO), NAOJ, mua lại dữ liệu.
Nghiên cứu vấn đề này, Hasegawa liên lạc với đồng sự của mình, Oka. Oka và các thành viên khác ngay lập tức tìm kiếm một cấu trúc tương tự như trong các dữ liệu được thu thập bởi ASTE (kính viễn vọng thực nghiệm Atacama Submillimeter) ở các khu vực tương tự. Chắc chắn, họ cũng tìm thấy cùng một cấu trúc xoắn ốc trong dữ liệu của 346 GHz vạch quang phổ phát ra bởi các phân tử CO. Tuy nhiên, cấu trúc xoắn ốc trong dữ liệu đó là không rõ ràng.
"Vì vậy, tôi đề nghị rằng chúng ta nên quan sát thêm để xác nhận sự tồn tại của các đám mây phân tử có cấu trúc xoắn ốc, và để khám phá những gì khiến xoắn ốc cấu trúc phân tử", ông Oka phát biểu.
Sau đó, họ bắt đầu theo dõi quan sát mây phân tử "Đuôi lợn" qua kính viễn vọng 45m NRO. Matsumura giải thích: "Để giải quyết những bí ẩn của các đám mây phân tử Pigtail, chúng tôi thực hiện quan sát với độ phân gải cao quang phổ của dòng quay quang phổ trong sáu phân tử khác. Những phân tử này là chìa khóa giải quyết hiện tượng vật lý này.
"Chúng tôi đã rất ngạc nhiên bởi cấu trúc xoắn ốc rõ ràng và đẹp của đám mây phân tử Đuôi lợn trong các dữ liệu đã thu thập được .”
Các dữ liệu cho thấy mây phân tử Đuôi lợn có một khối lượng khí khổng lồ, gấp hàng ngàn lần mặt trời.
Mặt khác, từ những phân tích của một số đường quang phổ phân tử , ta thấy đám mây phân tử Đuôi lợn có nhiệt độ tương đối cao và mật độ [ Tk ~ 30 K n (H2) ~ 103,5 cm-3]. Ngoài ra, sự tăng cường của silicon monoxide, SiO, một phân tử có nguồn gốc từ một sóng xung kích, đã được tìm thấy.
Điều này có nghĩa rằng một vụ va chạm dữ dội đã xảy ra tại đây. Ở phần cuối của Đuôi lợn, có hai đám mây phân tử khác nhau giao nhau, đã đo được vận tốc xuyên tâm -40 km mỗi giây, và một số khác là -110 km mỗi giây.
Tại vị trí chính xác của Đuôi lợn và các giao lộ, khí hoạt động như một cầu nối giữa hai đám mây phân tử đã được phát hiện. "Dựa trên những kết quả quan sát và phân tích toàn diện, chúng tôi kết luận rằng sự va chạm của hai đám mây phân tử khổng lồ ảnh hưởng sâu sắc đến sự hình thành của Đuôi lợn", Matsumura nói.
Nhóm nghiên cứu đã đề xuất các kịch bản về sự hình thành của đám mây phân tử này:
1) Ống từ thông vuông góc với đĩa thiên hà tồn tại giữa hai đám mây phân tử khổng lồ. Những đám mây di chuyển dọc theo hai quỹ đạo chính elip xung quanh hạt nhân thiên hà.
2) Các ống từ xoắn và ép để trở thành một cấu trúc xoắn ốc trong quá trình tiếp xúc ma sát (Lưu ý 3).
3) Các phân tử khí bắn ra từ ống xoắn, và sau đó tạo thành đám mây phân tử có cấu trúc xoắn kép.
Nhóm nghiên cứu ước tính rằng khoảng một milligauss có thể được tìm thấy tại vùng vuông góc. Đuôi lợn được tạo ra bởi từ trường. Về mặt lý thuyết, việc tạo ra các loại cấu trúc xoắn ốc sẽ rất khó khi từ trường mở rộng trên tất cả các khu vực trung tâm Galactic. Ngoài ra, cần khoảng 1,8 triệu năm cho sự phát triển của Đuôi lợn. Khoảng thời gian bằng khoảng thời gian hai đám mây phân tử va chạm với nhau.
(Lưu ý 3) Khi bạn xoay một chuỗi thẳng giữa ngón cái và ngón tay trỏ, một cấu trúc xoắn ốc đang dần hình thành. Điều này khá tương tự như những gì đã xảy ra ở trung tâm các thiên hà trong vũ trụ .
Tầm quan trọng của phát hiện
"Có hai điểm quan trọng trong nghiên cứu của chúng tôi", ông Matsumura, trưởng nhóm nghiên cứu. "Đầu tiên, nó chứng minh rằng hai nhóm quỹ đạo do cấu trúc dài thực sự giao nhau tại điểm này ở trung tâm thiên hà. Thứ hai, nó cho thấy rằng từ trường vuông góc khoảng một milligauss bị giới hạn cục bộ."
Cho đến nay, hai cấu trúc xoắn ốc khác đã được tìm thấy xung quanh trung tâm thiên hà. Tuy nhiên, đám mây phân tử Đuôi lợn, có một cấu trúc xoắn ốc rõ ràng hơn nhiều hơn so với những đám mây khác. Hơn nữa, cấu trúc xoắn của đám mây phân tử là một đầu mối quan trọng trong việc khảo sát động thái của đám mây phân tử trong đĩa thiên hà, cũng như cấu trúc của từ trường, do vị trí gần gũi của nó với đĩa thiên hà.
Các cấu trúc liên quan đến từ trường có thể được tìm thấy trong bất kỳ hiện tượng thiên văn khác nhau nào, từ bề mặt mặt trời cho máy bay phản lực liên quan đến hoạt động trong nhân thiên hà. Nghiên cứu trên các phần khác nhau của vũ trụ từ giúp ta hiểu thêm về sự hình thành của một loạt các hiện tượng trong vũ trụ. Các kết quả của nghiên cứu này đã cung cấp các kết quả quan trọng về vai trò của các vùng vũ trụ ở trung tâm thiên hà.
Thủy Tiên (VACA)
Theo Space Daily
