Các thiên hà có thể không có ranh giới kín đáo như chúng ta tưởng tượng. Thay vào đó, chúng có thể vươn ra những khoảng cách lớn, tạo thành một biển sao rộng lớn, liên kết với nhau.
Đây là một bức ảnh vượt thời gian về vụ phóng tên lửa Thử nghiệm nền hồng ngoại vũ trụ (CIBER), được chụp từ Cơ sở chuyến bay của NASA Tường Wallops ở Virginia năm 2013. Hình ảnh này là từ lần phóng cuối cùng trong bốn lần phóng. Hình ảnh qua T. Arai / Đại học Tokyo
NASA đã công bố vào cuối tuần này (ngày 7 tháng 11 năm 2014) rằng một thí nghiệm được gửi lên vũ trụ thông qua các tên lửa âm thanh vào năm 2010 và 2012 đã phát hiện ra sự dư thừa đáng ngạc nhiên của ánh sáng hồng ngoại trong không gian tối giữa các thiên hà, một ánh sáng vũ trụ khuếch tán sáng như tất cả các thiên hà đã biết. Ánh sáng được cho là từ mồ côi hoặc ngôi sao lừa đảo văng ra khỏi các thiên hà trong các vụ va chạm thiên hà. Thật vậy, các nhà thiên văn học cho rằng, một nửa các ngôi sao trong vũ trụ có thể cư trú trong những gì chúng ta đã xem xét từ lâu không gian ngoài vũ trụ. Những phát hiện có thể định nghĩa lại những gì các nhà khoa học nghĩ về các thiên hà. Các thiên hà có thể không có ranh giới kín đáo như chúng ta tưởng tượng. Thay vào đó, chúng có thể vươn ra những khoảng cách lớn, tạo thành một biển sao rộng lớn, liên kết với nhau.
Kết quả từ Thí nghiệm nền hồng ngoại vũ trụ, hoặc CIBER - được công bố trên tạp chí Khoa học trong tuần này - đang giúp giải quyết một cuộc tranh luận về việc liệu ánh sáng hồng ngoại nền trong vũ trụ này, được Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA phát hiện trước đó, đến từ những luồng sao bị tước đi quá xa để có thể nhìn thấy, hay - một khả năng được đề xuất khác - từ các thiên hà đầu tiên hình thành trong vũ trụ.
Michael Zemcov là tác giả chính của một bài báo mới mô tả kết quả từ dự án tên lửa và một nhà thiên văn học tại Viện Công nghệ California (Caltech) và Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA (JPL) ở Pasadena, California. Ông và nhóm của mình bắt đầu nghiên cứu những gì các nhà thiên văn học gọi là ánh sáng nềnhoặc EBL. EBL về cơ bản là tất cả ánh sáng tích lũy từ các ngôi sao trong lịch sử vũ trụ và có bước sóng từ tia cực tím, qua quang học và đến tia hồng ngoại. Zemcov nói trong một thông cáo báo chí:
Chúng tôi nghĩ rằng các ngôi sao đang bị phân tán ra ngoài không gian trong các vụ va chạm thiên hà. Mặc dù trước đây chúng tôi đã quan sát thấy các trường hợp các ngôi sao bay từ các thiên hà trong dòng thủy triều, phép đo mới của chúng tôi cho thấy quá trình này rất phổ biến.
Ở đây, một thiên hà hợp nhất được gọi là Arp 142. Những sự hợp nhất như vậy được biết là giải phóng các ngôi sao vào không gian liên thiên hà, nhưng nghiên cứu mới này cho thấy quá trình này có thể lan rộng. Nó cho thấy rằng có đến một nửa số ngôi sao trong vũ trụ có thể đã bị đẩy ra khỏi các thiên hà của chúng do va chạm hoặc sáp nhập thiên hà. Hình ảnh thông qua Khoa học
Khái niệm nghệ sĩ này cho thấy một cái nhìn về một số thiên hà đang ngồi trong những ngôi sao khổng lồ. Các ngôi sao quá xa để có thể nhìn thấy riêng lẻ và thay vào đó được xem như một ánh sáng khuếch tán, được tô màu vàng trong hình minh họa này. Thí nghiệm tên lửa CIBER đã phát hiện ra nền hồng ngoại khuếch tán này trên bầu trời - và, với sự ngạc nhiên của các nhà thiên văn học, đã phát hiện ra rằng ánh sáng giữa các thiên hà bằng tổng lượng ánh sáng hồng ngoại đến từ các thiên hà đã biết. Hình ảnh qua NASA / JPL-Caltech
Sử dụng các tên lửa âm thanh phụ, nhỏ hơn các tên lửa mang vệ tinh lên vũ trụ và lý tưởng cho các thí nghiệm ngắn, CIBER đã chụp được những bức ảnh trường rộng của nền hồng ngoại vũ trụ ở hai bước sóng hồng ngoại ngắn hơn so với Spitzer nhìn thấy. Bởi vì bầu khí quyển của chúng ta phát sáng rực rỡ ở những bước sóng ánh sáng đặc biệt này, các phép đo chỉ có thể được thực hiện từ không gian.
Trong các chuyến bay của CIBER, các camera phóng lên vũ trụ, sau đó chụp ảnh trong khoảng bảy phút trước khi truyền dữ liệu về Trái đất. Các nhà khoa học che giấu những ngôi sao và thiên hà sáng chói từ các bức ảnh và cẩn thận loại bỏ bất kỳ ánh sáng nào đến từ nhiều nguồn địa phương hơn, như thiên hà Milky Way của chúng ta. Những gì trái còn lại là một bản đồ cho thấy sự dao động trong ánh sáng nền hồng ngoại còn lại, với các mảnh vỡ lớn hơn nhiều so với các thiên hà riêng lẻ. Độ sáng của những dao động này cho phép các nhà khoa học đo tổng lượng ánh sáng nền.
Trước sự ngạc nhiên của nhóm CIBER, các bản đồ cho thấy sự dư thừa ánh sáng vượt xa những gì đến từ các thiên hà. Dữ liệu cho thấy ánh sáng nền hồng ngoại này có phổ màu xanh lam, có nghĩa là nó tăng độ sáng ở bước sóng ngắn hơn. Đây là bằng chứng ánh sáng đến từ một quần thể sao chưa được phát hiện trước đó giữa các thiên hà. Ánh sáng từ các thiên hà đầu tiên sẽ cho phổ màu sắc đỏ hơn những gì nhìn thấy.
James Bock là nhà điều tra chính của dự án CIBER từ Caltech và JPL. Bock nói:
Ánh sáng trông quá sáng và quá xanh để đến từ thế hệ thiên hà đầu tiên. Giải thích đơn giản nhất, giải thích rõ nhất cho các phép đo, là nhiều ngôi sao đã bị xé toạc từ nơi sinh ra thiên hà của chúng và các ngôi sao bị tước phát ra trung bình nhiều ánh sáng như chính các thiên hà.
Các thí nghiệm trong tương lai có thể kiểm tra xem các ngôi sao đi lạc có thực sự là nguồn phát sáng của vũ trụ hồng ngoại hay không. Nếu các ngôi sao bị ném ra khỏi các thiên hà mẹ, chúng vẫn nên được đặt ở cùng khu vực lân cận. Nhóm CIBER đang nghiên cứu các phép đo tốt hơn bằng cách sử dụng nhiều màu hồng ngoại hơn để tìm hiểu cách tước sao đã xảy ra trong lịch sử vũ trụ.
Kết quả từ hai trong số bốn chuyến bay CIBER, cả hai chuyến bay được phóng từ Phạm vi tên lửa White Sands ở New Mexico năm 2010 và 2012, đã xuất hiện vào ngày 7 tháng 11 trên tạp chí Khoa học.
Nhân tiện, có một xu hướng trong những năm gần đây về việc nhìn thấy các thiên hà được kết nối với nhau trên quy mô rất lớn. Vào tháng 9 năm 2014, ví dụ, các nhà thiên văn học đã thông báo rằng siêu đám các thiên hà xuất hiện liên kết với nhau. Điều đó bao gồm siêu sao địa phương của chúng ta - cụm thiên hà vĩ đại chứa Dải Ngân hà của chúng ta - mà các nhà thiên văn học đã đặt tên Laniakea, Ý nghĩa thiên đường mênh mông ở Hawaii Các nhà thiên văn học đã biết trong nhiều thập kỷ rằng các thiên hà được tìm thấy trong các nhóm, như Nhóm Địa phương của chúng ta chứa hàng chục thiên hà và trong các cụm khổng lồ chứa hàng trăm thiên hà, tất cả được kết nối với nhau trong một mạng lưới các thiên hà được xâu chuỗi như những viên ngọc. Khi các sợi này giao nhau, chúng ta tìm thấy các cấu trúc khổng lồ, được gọi là siêu đám mây. Các siêu lớp dường như được kết nối với nhau, nhưng ranh giới giữa chúng được xác định kém và không được hiểu rõ. Tìm hiểu thêm về Laniakea và khả năng kết nối có thể có của các siêu đám thiên hà.
Vũ trụ rất sớm được cho là khá đồng đều khi nó mở rộng ra bên ngoài từ Vụ nổ lớn. Nhưng có những khu vực có mật độ cao hơn một chút. Theo thời gian, những khu vực dày đặc hơn đã thu hút vật chất cho chính họ. Bây giờ - theo những ý tưởng hiện đại về tổng thể vũ trụ trông như thế nào - vũ trụ có cấu trúc kiểu mật ong này. Các bức tường của tổ ong là các siêu thiên hà. Do đó, bây giờ chúng ta thấy các thiên hà được liên kết với nhau trên quy mô rất lớn. Liệu tác phẩm mới từ các tên lửa âm thanh của NASA CI CIBER sẽ bắt đầu thấy chúng được kết nối với nhau trên quy mô nhỏ hơn?
Điểm mấu chốt: Phát hiện từ một thí nghiệm tên lửa âm thanh của NASA có thể xác định lại những gì các nhà khoa học nghĩ về các thiên hà. Tên lửa đã phát hiện sự dư thừa đáng ngạc nhiên của ánh sáng hồng ngoại trong không gian tối giữa các thiên hà, một ánh sáng vũ trụ khuếch tán sáng như tất cả các thiên hà đã biết kết hợp lại. Ánh sáng được cho là từ những ngôi sao mồ côi hoặc bất hảo bay ra khỏi các thiên hà. Do đó, các thiên hà có thể không có ranh giới kín đáo như chúng ta tưởng tượng. Thay vào đó, chúng có thể vươn ra những khoảng cách lớn, tạo thành một biển sao rộng lớn, liên kết với nhau.