NASA và ESA khám phá khoảng cách thật sự đến các nhánh xoắn ốc ngoài của Dải Ngân Hà: Kỹ thuật đo đạc mới thay đổi hiểu biết của chúng ta

Khám phá mới về khoảng cách đến các nhánh xoắn ốc ngoài của Dải Ngân Hà

Không có một 'khám phá duy nhất' nào của NASA-ESA công bố một khoảng cách thống nhất mới cho các nhánh xoắn ốc ngoài. Thay vào đó, nhiều dự án liên kết với NASA và ESA đã từng bước tinh chỉnh các khoảng cách này bằng những kỹ thuật khác nhau, và trong một số trường hợp, phát hiện ra rằng các nhánh ngoài gần hơn đáng kể so với suy nghĩ trước đây.

• Nhánh Perseus (nhánh ngoài gần nhất): Sử dụng Mạng Kính thiên văn Vô tuyến Đường cơ sở Rất Lớn (VLBA) - một hệ thống kính thiên văn vô tuyến do NASA/NSF tài trợ - các nhà thiên văn đã đo khoảng cách đến vùng hình thành sao W3OH trong nhánh Perseus. Họ phát hiện nó chỉ cách chúng ta khoảng 6.400 năm ánh sáng (1,96 kpc), gần bằng một nửa khoảng cách được giả định trước đây. Đây là lần đầu tiên một khoảng cách hình học trực tiếp có độ chính xác cao được đo cho bất kỳ nhánh xoắn ốc nào .
• Nhánh Scutum-Centaurus (phía xa): Vào năm 2017, một nhóm nghiên cứu sử dụng VLBA kết hợp với phương pháp khoảng cách động học đã lập bản đồ nhánh này xuyên qua phía xa của Ngân Hà, cung cấp khoảng cách thị sai trực tiếp đầu tiên đến một vùng hình thành sao ở phía đối diện của Dải Ngân Hà .
• Vòng tán xạ bụi tia X (kỹ thuật mới nhất): Một bản in thử năm 2025 (arXiv:2604.24617) mô tả việc sử dụng các vòng tán xạ bụi tia X - được tạo ra bởi các sự kiện nhất thời ngoài Ngân Hà và được quan sát bằng kính thiên văn Chandra của NASA và XMM-Newton của ESA - để đo sự phân bố 3D của các đám mây bụi liên sao trên khắp Ngân Hà với độ chính xác vài phần trăm, vươn tới các nhánh xoắn ốc ngoài .

Các kỹ thuật đo đạc chủ chốt

Các kỹ thuật chính được sử dụng trong các nghiên cứu của NASA/ESA này bao gồm:

• Kỹ thuật Giao thoa Vô tuyến Đường cơ sở Rất Lớn (VLBI) Thị sai Lượng giác: Các kính thiên văn vô tuyến như VLBA và mảng VERA của Nhật Bản đo sự dịch chuyển biểu kiến của một nguồn maser vũ trụ so với các vật thể nền khi Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Phương pháp hình học thuần túy này đạt độ chính xác micro-giây cung, có hiệu quả trong phạm vi lên tới ~10 kpc .
• Phương pháp khoảng cách động học (chuyển động ngang): Được sử dụng kết hợp với thị sai VLBI ở phía xa của Ngân Hà, phương pháp này suy ra khoảng cách từ chuyển động ngang đo được của một nguồn kết hợp với mô hình quay của Ngân Hà .
• Trắc lượng học thiên thể Gaia (ESA): Sứ mệnh Gaia của ESA đã đo thị sai và chuyển động riêng cho gần 2 tỷ ngôi sao, cho phép lập bản đồ thống kê các vùng mật độ cao của nhánh xoắn ốc thông qua động lực học sao và hồ sơ mật độ bề mặt. Dữ liệu Gaia cũng xác định vị trí các đám mây bụi tạo ra các vòng tán xạ tia X .
• Chụp cắt lớp vòng tán xạ bụi tia X: Khi một vật thể nhất thời tia X sáng (ví dụ: chớp gamma hoặc sự bùng phát lỗ đen) bùng lên, tia X của nó bị tán xạ bởi các đám mây bụi xen kẽ, tạo ra các vòng đồng tâm. Hình dạng hình học của vòng cho phép xác định khoảng cách tuyệt đối đến bụi và vật thể nhất thời với sai số <5%, trực tiếp lập bản đồ các đám mây liên sao ra tới rìa Ngân Hà .

Tại sao điều này lại quan trọng đối với cấu trúc của Dải Ngân Hà

Những phép đo này mang tính cách mạng vì chúng ta sống bên trong Dải Ngân Hà và không thể nhìn thấy nó từ bên ngoài. Khoảng cách chính xác đến các nhánh giải quyết một số vấn đề cơ bản:

• Giải quyết 'bài toán lập bản đồ từ bên trong'. Vì chúng ta nằm trong đĩa Ngân Hà, sự không chắc chắn về khoảng cách trong lịch sử khiến chúng ta không thể phân biệt được một nhánh ở gần hay một nhánh ở xa. Thị sai hình học trực tiếp loại bỏ sự mơ hồ đó .
• Hiệu chỉnh toàn bộ thang đo khoảng cách thiên hà. Một khi khoảng cách của một nhánh được xác định chính xác bằng hình học, nó sẽ làm chuẩn cho các ước tính khoảng cách động học và quang trắc của hàng nghìn vùng hình thành sao khác trong nhánh đó .
• Tiết lộ cấu trúc và các điểm đứt gãy của nhánh. Dữ liệu từ kính thiên văn Spitzer của NASA cho thấy một 'điểm đứt gãy' ở một trong các nhánh, nơi các ngôi sao trẻ và khí không thẳng hàng, làm thay đổi cách chúng ta nghĩ về sự hình thành và tiến hóa của nhánh .
• Cho phép xây dựng mô hình 3D hoàn chỉnh của Ngân Hà. Việc kết hợp bản đồ maser VLBI, chuyển động sao Gaia và chụp cắt lớp bụi tia X sẽ tạo ra bản đồ 3D dựa trên dữ liệu đầu tiên về các nhánh xoắn ốc, môi trường liên sao và cấu trúc thanh của Dải Ngân Hà - rất cần thiết để hiểu cách ngôi nhà của chúng ta hình thành và so sánh nó với các thiên hà xoắn ốc khác .