Trái đất có thêm "xuyệt" mới trên địa chỉ trong vũ trụ quan sát được

Nếu muốn xác định vị trí của mình trong Vũ trụ, chúng ta hãy bắt đầu với địa chỉ vũ trụ của mình. Chúng ta đang sống trên Trái đất/Hệ mặt trời/Nhánh Orion/Ngân hà/Nhóm thiên hà địa phương/Cụm Xử Nữ/Siêu đám Xử Nữ/Siêu đám Laniakea. Khá nhiều xuyệt.

Nhờ các cuộc khảo sát bầu trời chuyên sâu mới đây, các nhà thiên văn học hiện cho rằng tất cả những nơi đó đều là một phần của một cấu trúc vũ trụ thậm chí còn lớn hơn trong 'khu vực lân cận' được gọi là Tập hợp Shapley. Vậy là địa chỉ Trái đất có thêm một xuyệt.

Các nhà thiên văn học gọi Tập hợp Shapley là "vũng hấp dẫn" hay một vùng chứa khối lượng hoạt động như một nguồn lực hấp dẫn. Đây là vùng chứa nhiều cụm, nhóm thiên hà và là nơi có nồng độ vật chất lớn nhất trong Vũ trụ quan sát được. Tất cả các thiên hà đó, cộng với vật chất tối, mang lại ảnh hưởng hấp dẫn của chúng cho Tập hợp Shapley.

Có rất nhiều khu vực như vậy trong Vũ trụ, gồm cả Siêu đám Laniakea. Các nhà thiên văn học đang làm việc để khảo sát chúng chính xác hơn, điều này sẽ giúp cung cấp bản đồ chính xác hơn về các cấu trúc lớn nhất trong Vũ trụ.

Nhóm CosmicFlows do nhà thiên văn học R. Brent Tully từ Đại học Hawai'i dẫn đầu, đã đo chuyển động của khoảng 56.000 thiên hà để hiểu các khu vực này và sự phân bố của chúng trong không gian.

Tully cho biết: "Vũ trụ của chúng ta giống như một mạng lưới khổng lồ, với các thiên hà nằm dọc theo các sợi và Tập hợp tại các nút nơi lực hấp dẫn kéo chúng lại với nhau".

"Giống như nước chảy trong lưu vực, các thiên hà trôi trong các lưu vực hấp dẫn vũ trụ. Việc phát hiện ra các lưu vực lớn hơn này có thể thay đổi cơ bản hiểu biết của chúng ta về cấu trúc vũ trụ".

Các dòng chảy vũ trụ và lập bản đồ các cấu trúc

Nhóm của Tully đang nghiên cứu chuyển động trong không gian của các thiên hà xa xôi đó. Các cuộc khảo sát dịch chuyển đỏ của nhóm đã tiết lộ một sự dịch chuyển có thể xảy ra về kích thước và quy mô của lưu vực hấp dẫn mà thiên hà của chúng ta như hạt bụi nằm trong đó (còn Mặt trời thì như hạt bụi trong Ngân hà).

Chúng ta đã biết rằng mình đang sống ở Siêu đám Laniakea (như chỉ dẫn ở đầu bài viết), có đường kính khoảng 500 triệu năm ánh sáng. Tuy nhiên, chuyển động của các cụm khác chỉ ra rằng có một lực hấp dẫn lớn hơn điều khiển dòng chảy.

Dữ liệu của nhóm CosmicFlows cho thấy chúng ta có thể là một phần của Tập hợp Shapley, có thể lớn gấp 10 lần thể tích của Siêu đám Laniakea. Nó bằng khoảng một nửa thể tích của cấu trúc lớn nhất trong không gian, được gọi là Vạn Lý Trường Thành, là một chuỗi thiên hà trải dài 1,tỉ tỉ năm ánh sáng.

Tập ​​hợp Shapley lần đầu tiên được nhà thiên văn học Harlow Shapley quan sát vào những năm 1930 dưới dạng một đám mây trong chòm sao Centaurus. Siêu cụm này xuất hiện theo hướng chuyển động của Nhóm thiên hà Địa phương (nơi chúng ta sinh sống). Do đó, các nhà khoa học suy đoán rằng nó có thể ảnh hưởng đến chuyển động kỳ lạ của thiên hà chúng ta.

Điều thú vị là Siêu cụm Xử Nữ (chứa Nhóm thiên hà Địa phương mà Ngân hà của chúng ta trong đó) dường như đang di chuyển về phía Tập hợp Shapley. Các cuộc khảo sát mà Tully và những người khác đang thực hiện sẽ xác nhận chuyển động đó về phía bất cứ thứ gì đang hấp dẫn chúng.

Khám phá những cấu trúc ngày càng lớn hơn trong Vũ trụ

Những lưu vực hấp dẫn này đến từ đâu? Theo một nghĩa nào đó, chúng có tuổi đời ngang với Vũ trụ và mạng lưới vật chất vũ trụ mà Tully tham chiếu. Những hạt giống cho mạng lưới và những lưu vực hấp dẫn đó đã được gieo trồng cách đây khoảng 13,8 tỉ năm.

Sau Vụ nổ lớn, Vũ trụ sơ khai ở trạng thái nóng đặc. Khi nó giãn nở và nguội đi, mật độ vật chất bắt đầu dao động. Có những khác biệt nhỏ trong những dao động mật độ đó. Hãy coi chúng là những 'hạt giống' sớm nhất của các thiên hà, cụm thiên hà và thậm chí là những cấu trúc rộng lớn hơn mà chúng ta quan sát thấy trong Vũ trụ ngày nay.

Khi các nhà thiên văn học khảo sát bầu trời, họ tìm thấy bằng chứng cho tất cả những cấu trúc khác nhau đó. Bây giờ, họ phải giải thích chúng. Ý tưởng cho rằng Tập hợp Shapley là lưu vực lớn mà Siêu đám Laniakea của chúng ta thuộc về có nghĩa là các mô hình vũ trụ học hiện tại không giải thích được sự tồn tại của nó.

Nhà thiên văn học Ehsan Kourkchi của Đại học Hawai'i cho biết: "Khám phá này đặt ra một thách thức: các cuộc khảo sát vũ trụ của chúng ta có thể vẫn chưa đủ lớn để lập bản đồ toàn bộ phạm vi của các lưu vực siêu rộng này".

"Chúng ta vẫn đang nhìn vũ trụ qua những con mắt khổng lồ, nhưng ngay cả những con mắt này cũng có thể không đủ lớn để chụp được toàn cảnh Vũ trụ của chúng ta".

Đo các điểm hấp dẫn

Nhân tố chính trong tất cả các thiên hà, cụm và siêu cụm này là lực hấp dẫn. Khối lượng càng lớn, lực hấp dẫn càng ảnh hưởng đến chuyển động và phân bố vật chất.

Đối với các lưu vực hấp dẫn này, nhóm nghiên cứu của Tully đã kiểm tra tác động của chúng đối với chuyển động của thiên hà trong khu vực. Các lưu vực tạo ra một loại lực kéo đối với các thiên hà nằm giữa chúng. Điều đó ảnh hưởng đến chuyển động của chúng. Đặc biệt, các cuộc khảo sát dịch chuyển đỏ như nhóm của Tully đang thực hiện sẽ lập bản đồ chuyển động xuyên tâm (dọc theo đường ngắm), vận tốc (tốc độ di chuyển của chúng) và các chuyển động liên quan khác.

Bằng cách lập bản đồ vận tốc của các thiên hà trên khắp Vũ trụ quan sát được của chúng ta, nhóm nghiên cứu có thể xác định vùng không gian mà mỗi siêu cụm thống trị.

Tất nhiên, những chuyển động này rất khó xác định. Đó là lý do tại sao nhóm thực hiện các loại phép đo khác nhau. Họ không chỉ lập bản đồ vật chất phát sáng trong các thiên hà. Họ cũng phải tính đến sự tồn tại của vật chất tối.

Ngoài ra còn có những phức tạp khác. Ví dụ, không phải tất cả các thiên hà đều giống nhau – nghĩa là chúng khác nhau về hình dạng và mật độ vật chất. Các nhà thiên văn học có thể giải quyết vấn đề này bằng cách đo thứ gọi là "vận tốc riêng của thiên hà". Đó là sự khác biệt giữa vận tốc thực tế của nó và vận tốc trôi Hubble dự kiến ​​(phản ánh tương tác hấp dẫn giữa các thiên hà).

Kết quả khảo sát của nhóm Tully sẽ cung cấp bản đồ 3D ngày càng chính xác hơn về các vùng không gian này. Nó bao hàm cả cấu trúc cũng như chuyển động và vận tốc của chúng. Đến lượt mình, những bản đồ đó sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về sự phân bố của tất cả vật chất (gồm cả vật chất tối lạnh) trên khắp vũ trụ.