Các nhà khoa học bối rối trước những thiên hà không vật chất tối

Các nhà thiên văn học cho rằng các thiên hà không thể hình thành mà không có lực đẩy của vật chất tối. Vì vậy sự tồn tại của những thiên hà không có thứ vật chất bí ẩn này, nhưng không có nguyên nhân rõ ràng, có thể là một phát hiện nổi bật. Trong một bài báo xuất bản trên Nature ¹, các nhà thiên văn học cho biết họ có thể đã quan sát một hệ – gồm 11 thiên hà không chứa vật chất tối, có thể đã được tạo ra trong cùng một cuộc va chạm cổ xưa. Nhưng nhiều đồng nghiệp của họ thì lại cho rằng tuyên bố này mới chỉ là một giả thuyết.

Đây là một dạng hệ có thể được dùng để nghiên cứu về cách các thiên hà hình thành như thế nào và về bản chất của vật chất tối. “Nếu được chứng minh là đúng, đây chắc chắn là điều thú vị về sự hình thành của thiên hà. Tuy nhiên, vẫn chưa có ai xác quyết về điều này”, Chervin Laporte, một nhà thiên văn học tại trường đại học Barcelona ở Tây Ban Nha.

Phát hiện về trung tâm của hai thiên hà do Pieter van Dokkum tại trường đại học Yale ở New Haven, Connecticut, và cộng sự tìm ra vào năm 2018 và 2019. Các ngôi sao của hai thiên hà này dịch chuyển chậm đến mức không cần thiết dùng lực đẩy của vật chất tối để giải thích về quỹ đạo của chúng, do đó nhóm nghiên cứu kết luận là các thiên hà này không có vật chất tối. Phát hiện của họ gây tranh cãi bởi các thiên hà mang tên DF2 và DF4, dường như rất ổn định và khác biệt với những thiên hà vẫn được biết đến là không vật chất tối khác, vốn là thiên hà trẻ và có thời gian tồn tại ngắn, tạo ra trong những cánh tay của những thiên hà lớn hơn – vốn là thiên hà có chứa vật chất tối – đang bị một thiên hà lân cận tách ra. Việc cả DF2 và DF4 được hình thành như thế nào cũng vẫn là một bí ẩn.

Trong bài báo mới nhất trên Nature, nhóm nghiên cứu của van Dokkum không chỉ kết nối hai thiên hà bất thường này mà còn cho rằng các đặc tính của nó gắn bó mật thiết với quá trình hình thành của chúng thông qua một cuộc va chạm tốc độ cực lớn diễn ra vào tám tỉ năm trước, đã tạo ra nhiều cấu trúc khác nhau. “Lời giải thích này lý giải thêm rất nhiều điều nữa về các thiên hà này”, van Dokkum nói.

Nhóm nghiên cứu của ông đã đưa ra những kịch bản từ các mô phỏng được tạo ra để giải thích về mặt nguồn gốc các đặc điểm độc đáo của các va chạm quy mô lớn giữa các cụm thiên hà. Các nhà nghiên cứu đề xuất, khi hai thiên hà cổ đại va chạm nhau, vật chất tối của chúng và các ngôi sao có thể đã được chuyển đi; vật chất tối có thể không tương tác và các ngôi sao có thể cũng quá ở xa nhau để va chạm. Nhưng khi vật chất tối và các ngôi sao gia tốc, khí trong không gian giữa các ngôi sao ở hai thiên hà có thể va chạm, nén chặt và chuyển động chậm dần, dẫn đến một vệt vật chất mà sau đó hình thành các thiên hà mới không có vật chất tối.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu tìm kiếm nhiều thiên hà khác trong vệt vật chất giữa DF2 và DF4. Họ nhận diện được khoảng ba đến bảy ứng viên mới cho những thiên hà không vật chất tối và thật kỳ lạ có cả những thiên hà mờ nhạt ở phần đuôi, có thể có vật chất tối và các ngôi sao còn lại từ hai cổ thiên hà. “Nó đang nhìn chằm chằm vào mặt anh để anh biết mình đang tìm kiếm gì”, van Dokkum mô tả.

Nếu bức tranh này được chứng minh là đúng, có thể nó sẽ giúp các nhà thiên văn học hiểu về cách vật chất tối hành xử và để nghiên cứu về các điều kiện để các thiên hà có thể hình thành. Như va chạm của dải Ngân hà có thể hữu dụng như “một phòng thí nghiệm mới” để hiểu liệu vật chất tối có tương tác với với chính nó hay không, theo nhận xét của Go Ogiya, một nhà thiên văn học ở đại học Chiết Giang, Hàng Châu, Trung Quốc.

Mô hình của van Dokkum đã miêu tả chỉ một số cách mà các thiên hà này có thể được tạo ra, Priyamvada Natarajan, một nhà vật lý thiên văn tại Yale nhưng không tham gia nhóm của van Dokkum, nhận xét. Nhưng đây là ý tưởng thú vị và về cơ bản là đem lại những dự đoán có thể kiểm chứng.

Các đo đạc về những khoảng cách chính xác và những vận tốc của các thiên hà ứng viên có thể chứng minh chúng là một phần của cùng một vệt vật chất và không phải ngẫu nhiên cùng thuộc về một hướng, Michelle Collins, một nhà thiên văn học tại trường đại học Surrey ở Guildford, Anh, lưu ý. “Với tôi, việc liệu đây là một vệt vật chất có thực hay không là một câu hỏi mở cực lớn”.

Các nhà thiên văn học cần đo đạc khối lượng của các thiên hà “ma” tại điểm cuối của vệt vật chất này – các cổ thiên hà tiềm năng – để thử xem liệu chúng có chứa nhiều vật chất tối như mô hình dự đoán hay không, Laporte cho biết thêm.

Những người khác nêu câu hỏi là liệu có cần thiết có giải thích khác không. Ignacio Trujillo, một nhà thiên văn học tại Viện Vật lý thiên văn tại quần đảo Canary ở La Laguna, Tây Ban Nha Spain và dẫn dắt một nhóm nghiên cứu đã đề xuất là DF2 và DF4 gần hơn trái đất hơn đo đạc do van Dokkum đề xuất, và do đó chứa nhiều vật chất tối hơn đề xuất ban đầu.

Các nhà thiên văn học cần thấy một mô phỏng thực tế chứng tỏ kịch bản của nhóm nghiên cứu của van Dokkum miêu tả là hợp lý, Mireia Montes – một nhà thiên văn học tại Viện Khoa học Kính viễn vọng không gian ở Baltimore, Maryland – nói. “Cho đến hiện tại thì có rất nhiều giả thuyết nhưng vẫn chưa có bất kỳ mô phỏng nào ủng hộ nó,” cô nói.

Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-022-01410-x

————————————————-

1. https://www.nature.com/articles/s41586-022-04665-6