Đầu năm nay, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra thiên hà xoắn ốc xa xôi nhất từng được ghi nhận. Sự phát hiện này là một thách thức lớn đối với thuyết Big bang.
Những thiên hà xoắn ốc xa xôi nhất đang tiết lộ thêm nhiều thông tin về thuyết Big Bang (ảnh minh họa, NASA)
Theo thông tin từ website Thiên văn (Astronomy.com) ngày 26 tháng 1 năm 2018, các nhà thiên văn học có thể đã phát hiện ra thiên hà xoắn ốc xa xôi nhất từ trước đến nay. Nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Australia sử dụng kính viễn vọng thiên văn Gemini North ở Hawai đã đo đạc được một dịch chuyển đỏ (redshift) của thiên hà rất xa xôi. Thiên hà này có số hiệu là A1689B11, dịch chuyển đỏ lên đến 2,54, vượt qua thiên hà xa xôi nhất BX442 (dịch chuyển đỏ là 2,1765). Khi xác định rõ đó là thiên hà dạng xoắn ốc, nó sẽ thay thế thiên hà BX442 trở thành thiên hà xoắn ốc xa xôi nhất cho đến nay. Phát hiện này đã được đăng trên Tạp chí Vật lý thiên văn học vào tháng 11/2017. May mắn giúp phát hiện thiên hà xoắn ốc xa xôi nhất
Thiên hà xoắn ốc là loại thiên hà có hình dạng xoắn với các nhánh xoắn ốc. Hệ Ngân hà của chúng ta là một dạng thiên hà xoắn ốc điển hình. Do nhánh xoắn ốc thường không sáng bằng vùng trung tâm thiên hà, nên rất khó xác định được thiên hà xa xôi này có nhánh xoắn ốc hay không. Do sự giãn nở của vũ trụ, các thiên hà càng xa lại có dịch chuyển đỏ càng lớn, điều này khiến cho việc xác định vùng trung tâm của thiên hà trở nên rất khó khăn, bởi vậy xác định được hình dạng của thiên hà lại càng khó khăn hơn.
Thật may mắn là việc quan trắc thiên hà A1689B11 lần này nhờ ảnh hưởng của thấu kính hấp dẫn đã đạt được hiệu quả phóng đại rất tốt, nhờ vậy các nhà thiên văn học mới có cơ hội quan sát kỹ lưỡng thiên hà này. (Thấu kính hấp dẫn được tạo ra bởi các cụm thiên hà khổng lồ và vật chất tối: cụm thiên hà uốn cong và khuếch đại ánh sáng của các thiên hà đằng sau nó giống như một thấu kính bình thường nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều).
Ảnh thiên hà A1689B11 được quan sát bởi kính viễn vọng Hubble. Mũi tên hai đầu trong hình vuông chỉ phương hướng trục chủ của thiên hà xoắn ốc, hình vuông phía dưới bên phải là hình ảnh phóng to của thiên hà xoắn ốc. (ảnh: chụp bởi kính viễn vọng Hubble/NASA)
Thiên hà mới được phát hiện này còn có đặc tính đặc biệt, nó tạo ra các ngôi sao mới với tốc độ cao gấp 20 lần các thiên hà ngày nay. Đây là một đặc điểm chung của các thiên hà thời kỳ đầu, nhưng bên cạnh đó, nó cũng là một đĩa mỏng, mát mẻ và ít bị nhiễu loạn – điều rất hiếm thấy đối với các thiên hà được tạo ra trong thời kỳ đó.
Cách thiên hà tạo ra các nhánh đến nay vẫn chưa được các nhà khoa học tìm hiểu một các tường tận, và thiên hà mới được phát hiện này cung cấp thông tin quan trọng cho việc hình thành các nhánh. Trước đây, giới thiên văn học thường nghĩ rằng các nhánh xoắn trong vũ trụ thời kỳ ban đầu được tạo ra bằng cách kết hợp các thiên hà, tạo thành các thiên hà nóng, xoắn và có thời gian sống ngắn. Tuy nhiên, các đặc điểm của A1689B11 cho thấy nó không được hình thành bởi sự kết hợp, mà bởi một cơ chế khác, gọi là lý thuyết sóng mật độ.
Lý thuyết này được áp dụng cho các thiên hà mát, mỏng như những chiếc đĩa. Lý thuyết sóng mật độ đòi hỏi thứ gì đó – giống như một siêu tân tinh – làm xáo trộn trật tự trong đĩa quay của thiên hà và tạo ra các nhóm độc lập có mật độ cao hơn. Khi các ngôi sao đi qua các khu vực có mật độ cao trong quỹ đạo quanh thiên thà, chúng tạm thời bị làm chậm lại và tạo ra các nhánh xoắn.
Mặc dù lý thuyết sóng mật độ có thể giải thích dễ hiểu việc tạo ra các nhánh xoắn của các đĩa thiên hà ở nhiệt độ mát, có một cơ chế hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, đối với các đĩa thiên hà dày. Ở các thiên hà đó, các nhánh được tạo bằng một quá trình gọi là khuếch đại có nhịp điệu, nơi mà các vùng có mật độ cao quét các vật chất thành dải. Phương pháp này tạo ra các thiên hà xoắn ống có thời gian sống ngắn hơn so với các thiên hà ra đời bằng lý thuyết sóng mật độ.
Thách thức đối với thuyết Big bang
Theo học thuyết Big bang (Vụ nổ lớn), các thiên hà trong vũ trụ thời kỳ đầu được tạo thành một cách không có quy tắc và thường có những hình dạng kỳ quái. Khoảng 3,5 tỷ năm sau vụ nổ, vũ trụ mới hình thành số lượng lớn các thiên hà xoắn ốc có quy tắc.
Căn cứ theo học thuyết này thì thiên hà A1689B11 được phát hiện hình thành vào 2,5 tỷ năm sau vụ nổ, trước đó thiên hà BX442 được phát hiện hình thành vào 3 tỷ năm sau vụ nổ. Vào thời kỳ sớm như vậy thì không thể hình thành các thiên hà xoắn ốc có quy tắc và hình dạng được.
hiên hà xoắn ốc BX442 (ảnh: chụp bởi David Law/Viện thiên văn học và vật lý thiên văn Dunlap)
Một số nhà thiên văn học cho rằng rất có khả năng vũ trụ vào thời sơ khai sau vụ nổ Big Bang đã tồn tại rất nhiều những thiên hà xoắn ốc như vậy, nhưng do kỹ thuật quan trắc hiện nay còn hạn chế, rất khó phán đoán được hình dạng của những thiên hà xa xôi.
Kính thiên văn không gian James Webb sắp hoàn thành để thay thế kính thiên văn không gian Hubble, sẽ có khả năng quan sát ở tầm xa hơn, rất có thể sẽ giúp chúng ta phát hiện ra nhiều thiên hà xoắn ốc xa xôi hơn. Những phát hiện mới này chính là thách thức to lớn đối với học thuyết Big Bang.
Tiantian Yuan, nhà thiên văn học tại Đại học Công nghệ Swinburne, Melbourne, Australia, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Một thiên hà như thế này là rất hiếm, nhưng chúng tôi chắc chắn sẽ tìm thấy nhiều hơn nữa.”
Nguồn:trithucvn/zhengjian.org/astronomy.com.