Kính viễn vọng vén màn 'nhà máy sao' khổng lồ ẩn mình trong lòng các thiên hà lân cận

Bằng cách phân tách tín hiệu vô tuyến thu được từ ALMA và VLA thành các thành phần khác nhau (bụi nhiệt, khí ion hóa - free–free, và bức xạ đồng bộ - synchrotron từ tàn dư siêu tân tinh), nhóm nghiên cứu đã lần đầu tiên lập được bản đồ chi tiết vòng đời ban đầu của các cụm sao này, bao gồm bốn giai đoạn:

1. Phôi thai (Protoclusters): Các đám mây phân tử dày đặc, phát xạ bụi mạnh nhưng tín hiệu vô tuyến còn yếu.
2. Cực kỳ trẻ (Extremely young): Các cụm sao vẫn còn bị chôn vùi trong vật liệu khí bụi nguyên sinh, thể hiện qua tín hiệu bụi và khí ion hóa mạnh, nhưng gần như chưa có dấu hiệu của siêu tân tinh.
3. Trẻ đã 'thoát kén': Các cụm sao đã thổi bay đám mây khí bụi bao quanh, để lõi sao nóng sáng. Tín hiệu khí ion hóa mạnh, tín hiệu bụi yếu.
4. Xuất hiện siêu tân tinh: Giai đoạn cuối được đánh dấu bằng sự xuất hiện của các vụ nổ siêu tân tinh từ những ngôi sao lớn nhất đã kết thúc vòng đời.

'Nhà máy sao' vành đai hiệu suất cao

Tất cả các cụm sao này đều tập trung trong các vòng nhân thiên hà (circumnuclear rings) — những cấu trúc hình vành khuyên dày đặc khí và bụi nằm cách trung tâm thiên hà từ vài trăm đến một nghìn năm ánh sáng. Khí từ các nhánh xoắn ốc bị hút vào trung tâm và dồn ứ lại tạo thành những 'dây chuyền sản xuất sao' khổng lồ với mật độ và tốc độ hình thành sao tương đương với các thiên hà thời kỳ đầu của vũ trụ, hàng tỷ năm trước.

Điều đặc biệt là các cụm sao này có hiệu suất hình thành sao cực kỳ cao: chúng sử dụng gần như toàn bộ nguồn khí có sẵn để tạo ra các ngôi sao mới, thay vì để khí thất thoát ra ngoài. Cụm sao sáng nhất được phát hiện trong NGC 1097 có khả năng ion hóa mạnh tương đương khoảng 1.200 ngôi sao lớn nhất mà nhân loại từng biết đến.

Một phát hiện quan trọng khác là cả bốn giai đoạn tiến hóa đều tồn tại đồng thời trong cùng một vòng nhân ở cả hai thiên hà. Điều này chứng minh rằng quá trình hình thành các cụm sao khổng lồ là một quy trình liên tục, diễn ra trong thời gian dài chứ không phải là một đợt bùng nổ đồng bộ duy nhất. Thời gian hình thành kéo dài hơn so với các vùng tạo sao điển hình trong vũ trụ ngày nay, cho thấy một cơ chế bền vững, thay vì nhanh chóng tắt dần.