Sao hình thành với tốc độ nhanh kỉ lục trong thiên hà sơ sinh.

Khi các thiên hà được sinh ra, có phải những ngôi sao của chúng hình thành ở khắp nơi cùng một lần hay chỉ trong vùng trung tâm mà thôi? Những đo đạc gần đây của một nhóm quốc tế được dẫn đầu bởi các nhà khoa học từ viện thiên văn Max Planck cung cấp những bằng chứng cụ thể đầu tiên rằng những vùng hình thanh sao trong những thiên hà sơ sinh thực ra là rất nhỏ nhưng cũng rất “hiếu động”, sản sinh sao với tốc độ đáng kinh ngạc.

Những thiên hà, bao gồm cả Milk Way của chúng ta, chứa đựng hàng trăm tỉ ngôi sao. Làm thế nào mà những hệ thống thiên hà khổng lồ như thế đã hình thành? có phải một vùng trung tâm với các sao sau đó phát triển lên? Hoặc những sao này hình thành cùng một lúc trong khắp thiên hà? Một nhóm nghiên cứu quốc tế được dẫn đầu bởi các nhà nghiên cứu từ viện thiên văn Max Planck đang tiến gần tới câu trả lời.

Nhóm này đã nghiên cứu một trong những thiên hà xa nhất được biết đến, cũng được gọi là một chuẩn tinh kí hiệu J1148+5251. Ánh sáng từ thiên hà này mất khoảng 12.8 tỉ năm để đến Trái Đất; do vậy, các quan sát thiên văn về thiên hà này khi nó 12.8 tỉ năm trước, cung cấp một cái nhìn khái quát về những giai đoạn rất sớm của tiến hóa thiên hà, khoảng dưới 1 tỉ năm sau vụ nổ Big Bang.

Với dụng cụ đọ giao thoa IRAM (IRAM Interderometer), một kính thiên văn vô tuyến của Đức-Pháp-Tây Ban Nha, các nhà nghiên cứu có thể thu được những hình ảnh rất đặc biệt: họ thu thập những sóng ở bước hồng ngoại thoát ra bởi J1148+5251 ở tần số nhất định với các nguyên tử cacbon bị ion hóa. Những nguyên tử này là một chỉ số đáng tin cậy của trong quá trình hình thành sao.

Những hình ảnh thu được cho thấy những chi tiết đủ để lần đầu tiên cho phép đo đạc kích cỡ của một vùng hình thành sao ở giai đoạn rất sớm. Với thông tin này, các nhà nghiên cứu có thể kết luận rằng, vào thời điểm đó, các ngôi sao hình thành trong trung tâm J1148+5251 với tốc độ nhanh kỉ lục – sự hình thành sao có thể mâu thuẫn với những định luật vật lí.

“Tốc độ hình thành sao của thiên hà này thật đáng kinh ngạc”, theo lời tác giả chính của bài báo, Fabian Walter của viện Max Planck. “Mỗi năm, vùng trung tâm của thiên hà này sản sinh sao mới với khối lượng của một ngàn Mặt Trời cộng lại”. Trái lại, tốc độ hình thành sao trong thiên hà chúng ta khoảng gần khối lượng của Mặt Trời mỗi năm.

Gần đến giới hạn vật lí

Những thiên hà trẻ có thể sản sinh lượng sao mới rất lớn, nhưng nhìn chung hoạt động này chỉ là một phần. Không biết được kích thước của vùng hình thành sao, chúng ta không thể so sánh sự hình thành sao trong những thiên hà này với những mẫu lí thuyết, hoặc với những vùng hình thành sao trong thiên hà chúng ta.

Với đường kính gần 4 nghìn năm ánh sáng (đường kính của Milk Way khoảng 100 nghìn năm ánh sáng), nhân hình thành sao của J1148+5251 đặc biệt có năng suất. Trên thực tế, nó gần chạm đên những giới hạn của những định luật vật lí. Các ngôi sao được hình thành khi những đám mây khí và bụi trong vũ trụ bị sụp đổ dưới trong lượng của chúng. Khi những đám bụi sụp đổ, nhiệt độ tăng lên và áp suất bên trong bắt đầu hình thành. Khi áp lực này đạt đến một mức độ nhất định, quá trình sụp đổ dùng lại và không có sao nào được hình thành thêm. Kết quả là một giới hạn lớn nhất cho số lượng sao có thể hình thành trong một khoảng không gian có sẵn trong một thời gian nhất định.

Sự phát triển bên trong

Vùng hình thành sao đặc chắc của J1148+5251 cung cấp một lượng dư liệu rất thú vị cho các nhà nghiên cứu sự tiến hóa của các sao trẻ. Các thiên hà hình thành từ bên trong: trong những giai đoạn đầu hình thành, có một vùng nhân nơi các sao hình thành rất nhanh. Có lẽ, những vùng nhân như vậy lớn lên theo thời gian, chủ yếu là kêt quả của những va chạm và hợp nhất giữa các thiên hà. Điều này dẫn đến những thiên hà trưởng thành với số lượng sao cực lớn.

Điểm quan trọng của những kết quả này là một sự đo đạc mới: hình ảnh đầu tiên của nhân một chuẩn tinh cực xa, cho thấy đường kính của vùng này một cách rõ ràng. Đo đạc này quả là một thách thứ lơn. Ở một khoảng cách khoảng 13 tỉ năm ánh sáng, vùng hình thành sao này với đường kính 4 nghìn năm ánh sáng, có đường kính góc là 0.27 giây đường cung – kích thước của một đồng xu euro, được quan sát ở một khoảng cách khoảng 18 kilomet.

Một sự cản trở là những quan sát này dựa trên bước sóng điện từ với một bước sóng tiêu biểu, kết hợp với những nguyên tử cacbon bị ion hóa. Tại bước sóng này, những vùng hình thành sao của J1148+5251 sáng hơn ngay cả nhân của chuẩn tinh này. Do vũ trụ đang giãn nở, tia bức xạ được chuyển thành những bước sóng dài hơn khi nó đến Trái Đất (hiện tượng này gọi là cosmological redshift). Bức xạ này đến Trái Đất dưới dạng sóng radio với bước sóng khoảng 1 milimet. Nhưng, bởi vì đặc điểm thông thường của sóng, khó hơn một ngàn lần để phân tích những chi tiết tỉ mỉ tại bước sóng 1 milimet so với bước sóng nhìn thấy.

Những quan sát tại bước sóng yêu cầu và mức độ chi tiết chỉ mới trở thành hiện thực từ năm 2006, nhờ vào một dụng cụ giao thoa tiên tiến IRAM, một kính thiên văn vô tuyến ghép ở Plateau de Bure (trên dãy An-pơ của Pháp).

Những kính viễn vọng của tương lai

Việc sử dụng những bức xạ tiêu biểu của các ion cacbon để phát hiện và thiết lập hình ảnh của những vùng hình thành sao của những vật thể cực kì xa đã được đề nghị một vài lần trước đây. Một phần lơn của các chương trình quan sát cho ALMA, một kính thiên văn vô tuyến ghép hiện tại đang được xây dựng ỏ Bắc Chile, dựa vào phương thức quan sát này. Nhưng, cho đến những đo đạc của Fabian Walter và đồng nghiệp, kĩ thuật này vẫn chưa được chứng minh trong thực tiễn. Theo lời Walter: “Những giai đoạn đầu của tiến hóa thiên hà, khoảng 1 tỉ năm sau vụ nổ Big Bang, sẽ là mảng nghiên cứu chính trong những năm sắp tới. Những đo đạc của chúng tôi mở ra cánh của mới cho những vùng hình thành sao của những thiên hà rất trẻ”.

07/02/2009
(Theo Sciencedaily.com)
https://www.sciencedaily.com/releases/2009/02/090205101119.htm

Anh Minh – PAC.News