Ánh sáng lạ từ thiên hà lân cận giúp tìm hiểu vũ trụ thời sơ khai

Để hiểu rõ hơn các quan sát về các thiên hà xa nhất, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã xây dựng một mẫu các thiên hà địa phương có thể được nghiên cứu chi tiết hơn nhiều.

Mối liên hệ giữa ánh sáng và tính chất vật lý của thiên hà

Trong một nghiên cứu mới được công bố, các nhà thiên văn phát hiện ra lượng ánh sáng thoát ra từ một thiên hà có mối liên hệ như thế nào với các đặc tính vật lý của nó. Kết quả đó rất có ý nghĩa đối với cách chúng ta giải thích các quan sát về các thiên hà trong vũ trụ sơ khai.

Một trong những cách hữu ích nhất để nghiên cứu các thiên hà trong vũ trụ sơ khai là thông qua một loại ánh sáng cực tím đặc biệt gọi là "Lyman alpha". Ánh sáng này được phát ra từ chất khí xung quanh các ngôi sao nóng nhất và do đó đặc biệt tốt cho việc quan sát các thiên hà có khả năng hình thành sao cao.

Tuy nhiên, không giống như các loại ánh sáng khác, bước sóng và hướng di chuyển chính xác phụ thuộc vào nhiều quá trình vật lý bên trong và bên ngoài các thiên hà. Ánh sáng Lyman alpha không chỉ truyền trực tiếp về phía kính viễn vọng của chúng ta mà còn đi theo một con đường phức tạp ra khỏi thiên hà.

Trên đường đi, ánh sáng Lyman alpha di chuyển qua các vùng có điều kiện vật lý khác nhau, điều này không chỉ ảnh hưởng đến đường đi của từng hạt ánh sáng photon mà còn làm thay đổi bước sóng của chúng và thậm chí hấp thụ một phần ánh sáng không xác định.

Ánh sáng Lyman alpha có thể đi qua một số vùng nóng hơn, một số nhiều bụi hơn, một số có các đám mây khí chảy mạnh... Tất cả những điều kiện vật lý này khiến cho việc diễn giải ánh sáng Lyman alpha mà chúng ta nhìn thấy trở nên vô cùng khó khăn. Nhưng nếu được giải thích chính xác về thứ ánh xác này thì chúng ta sẽ nhận được phần thưởng hậu hĩnh là vì khi đó chúng ta có thể tìm hiểu về đặc tính vật lý của thiên hà.

Thăm dò các thiên hà hàng xóm của chúng ta

Các thiên hà trong vũ trụ xa xôi mờ nhạt và nhỏ, do đó đặc biệt khó quan sát. Do đó, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã bắt đầu xây dựng một mẫu thiên hà "tham chiếu" từ các thiên hà địa phương trong vùng lân cận Ngân hà của chúng ta. Mặc dù vẫn còn cách xa hàng trăm triệu năm ánh sáng, nhưng chúng đủ gần để có thể nghiên cứu chi tiết hơn, với nhiều kính viễn vọng khác nhau trên khắp thế giới và trong không gian.

Mẫu thiên hà tham chiếu được gọi là “Mẫu tham chiếu Lyman Alpha” hay LARS, đã tiết lộ nhiều đặc tính thú vị của các thiên hà cực kỳ hữu ích khi quan sát các thiên hà ở xa hơn. Trong nghiên cứu mới nhất, do Jens Melinder, Nhà nghiên cứu cao cấp tại Đại học Stockholm chủ nhiệm và được xuất bản trong loạt bài bổ sung của Tạp chí Vật lý thiên văn, các nhà thiên văn đã suy luận có bao nhiêu ánh sáng Lyman alpha thoát ra khỏi thiên hà và liệu phần này có tương quan với các đặc tính vật lý khác nhau của thiên hà hay không.

Melinder giải thích: “Với những quan sát mới, chúng ta đã thiết lập mối liên hệ giữa lượng Lyman alpha thoát ra khỏi các thiên hà và một số tính chất vật lý của các thiên hà này. Ví dụ, có một mối tương quan rõ ràng giữa lượng bụi vũ trụ mà một thiên hà có và lượng ánh sáng Lyman alpha mà nó phát ra. Điều này đã được dự đoán trước, bởi vì bụi hấp thụ ánh sáng, nhưng giờ đây chúng ta đã định lượng được tác động đó".

Các nhà thiên văn học cũng tìm thấy mối liên hệ giữa ánh sáng thoát ra và tổng khối lượng của tất cả các ngôi sao trong thiên hà, mặc dù ít rõ ràng hơn. Mặt khác, các thuộc tính khác, chẳng hạn như số lượng sao mới mà thiên hà hình thành, dường như không tương quan với lượng Lyman alpha thoát ra khỏi thiên hà.

Một kết quả thú vị khác là các thiên hà được quan sát trong ánh sáng Lyman alpha có vẻ lớn hơn đáng kể so với khi được quan sát ở các bước sóng khác. Hiệu ứng này đã được quan sát thấy trước đây và phù hợp với những kỳ vọng lý thuyết.

Peter Laursen từ Trung tâm Bình minh Vũ trụ, người cũng tham gia nghiên cứu, giải thích: “Chúng tôi thấy hiệu ứng tương tự trong các mô phỏng thiên hà trên máy tính với các tính toán về cách Lyman alpha di chuyển qua các đám mây khí trong không gian liên sao. Điều này xác nhận rằng chúng ta có nắm lý thuyết khá tốt về quá trình vật lý đang diễn ra".

Hiệu ứng này rất quan trọng cần tính đến khi quan sát các thiên hà ở xa mà ánh sáng từ vùng ngoại vi của chúng quá yếu để các máy dò có thể phát hiện được. Việc định lượng hiệu ứng sẽ hữu ích cho các quan sát trong tương lai về các thiên hà xa nhất, cổ xưa nhất.

Melinder nói: “Những kết quả này sẽ giúp giải thích các quan sát về các thiên hà rất xa được quan sát bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble và James Webb. Hiểu được tính chất vật lý thiên văn chi tiết của loại thiên hà này là rất quan trọng để phát triển các lý thuyết về cách các thiên hà đầu tiên hình thành và phát triển".

Anh Tú