Các thiên hà là những con thú ngộ nghĩnh. Chúng phải là những hệ thống đơn giản, nhưng việc trả lời ngay cả những câu hỏi cơ bản về sự hình thành của chúng buộc các nhà thiên văn học phải thắt nút.
Chắc chắn rồi, quy mô của chúng thật ngoạn mục – vài trăm triệu ngôi sao của Dải Ngân hà chẳng là gì cả – nhưng hình dạng của các thiên hà và mô hình hình thành sao diễn ra bên trong chúng, hầu như được điêu khắc hoàn toàn bởi lực hấp dẫn.
Chúng ta hiểu lực hấp dẫn, tuy nhiên, trong khi Cuộc tranh luận vĩ đại của ngành thiên văn học năm 1920 chứng kiến một bước ngoặt trong sự hiểu biết của chúng ta về các thiên hà xa xôi, thì các thế hệ nhà thiên văn học kể từ đó đã phải vật lộn để giải thích chính xác những gì chúng ta đang nhìn thấy.
Tất nhiên, một phần của vấn đề là khoảng cách của các thiên hà mà chúng ta đang cố gắng nghiên cứu. Cố gắng hiểu hành vi của các hệ cách xa hàng trăm triệu năm ánh sáng đòi hỏi một chút khéo léo và một bài báo của Tom Peterken và những người bạn tại Đại học Nottingham và các nơi khác, đã sử dụng xuất sắc một loại công cụ mới mạnh mẽ.
MaNGA là một IFU (đơn vị trường tích hợp) – một máy ảnh cung cấp quang phổ cho nhiều điểm trên hình ảnh.
Ý tưởng là chúng ta có được cái nhìn ba chiều về hệ thống, vì những quang phổ này cho phép chúng ta biết khí và các ngôi sao đang chuyển động như thế nào.
Nhóm nghiên cứu cũng có thể sử dụng quang phổ để hiểu rõ hơn về lịch sử hình thành sao ở mỗi phần của thiên hà.
Họ phải giả định rằng mọi thứ không bị trộn lẫn quá nhiều trong hàng tỷ năm, nhưng nếu bạn giả định rằng các ngôi sao ở gần nơi chúng hình thành, bạn có thể sử dụng một công cụ như MaNGA để lập biểu đồ lịch sử của một thiên hà.
Đó là những gì bài báo này làm, tập trung vào 800 thiên hà xoắn ốc lân cận. Mặc dù mỗi thiên hà riêng lẻ có phần khác nhau, với câu chuyện riêng để kể, nhưng họ nhận thấy mức độ nhất quán đáng chú ý khi nói đến sự phân bố tuổi của các vì sao.
Đối với những thiên hà này, các ngôi sao trẻ nằm xa hơn các ngôi sao già hơn, chúng có xu hướng tập trung về phía trung tâm của các thiên hà.
Điều này không hoàn toàn đáng ngạc nhiên – nhiều thiên hà xoắn ốc có một chỗ phình ra ở trung tâm, có xu hướng tập trung các quần thể sao già hơn – nhưng nó được thể hiện rõ ràng hơn nhiều trong cách xử lý dữ liệu cẩn thận này so với trước đây.
Lời giải thích cho mô hình này – những ngôi sao già ở giữa và những ngôi sao trẻ ở xa hơn – là sự hình thành sao dường như đã xảy ra theo kiểu ‘từ trong ra ngoài’, di chuyển từ trung tâm dày đặc hơn của thiên hà đến vùng ngoại vi của nó.
Điều này đặc biệt đúng đối với các vòng xoắn ốc lớn hơn, nơi có lẽ sự khác biệt giữa các vùng trung tâm và vùng xa xôi là sâu sắc nhất.
Thật thú vị, câu chuyện được kể bởi lịch sử hình thành sao có thể không phản ánh những gì đang diễn ra bên dưới.
Nếu bạn chỉ nhìn vào các ngôi sao, thì khi quá trình hình thành sao di chuyển ra ngoài theo thời gian, các thiên hà dường như phát triển, nhưng hóa ra sự phân bố cơ bản của vật chất không thay đổi cùng tốc độ.
Nếu chúng ta quá bị phân tâm bởi sự lấp lánh của những ngôi sao mới, chúng ta sẽ bỏ lỡ bức tranh cơ bản.
Tính nhất quán này cũng là tin tốt cho các nhà thiên văn học đang quan sát các thiên hà xa hơn, vì nó gợi ý rằng các thiên hà nặng nhất mà chúng ta quan sát, chẳng hạn, từ bốn tỷ năm trước, vẫn là những thiên hà nặng nhất hiện nay.
Kiến thức đó sẽ giúp việc theo dõi trực tiếp quá trình phát triển của thiên hà trở nên dễ dàng hơn khi chúng ta tiếp tục giải quyết những bí ẩn của những vật thể đẹp đẽ và điên rồ này.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 7 năm 2020 của Tạp chí BBC Sky at Night .
Chris Lintott đang đọc SDSS-IV MaNGA: Khai quật hồ sơ hóa thạch của quần thể sao trong các thiên hà xoắn ốc của Thomas Peterken. Đọc tại: https://arxiv.org/abs/2005.03012.