Hubble lần ra dấu vết vụ sáp nhập lớn đầu tiên của Dải Ngân hà

Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA đã cung cấp bằng chứng cho thấy Dải Ngân hà từng hấp thụ một thiên hà lùn cách đây khoảng 11,8 tỷ năm. Sự kiện này được gắn với vật thể tiền thân mang tên Low-energy-Kraken-Heracles, viết tắt là LKH, và đẩy lùi lịch sử hình thành Dải Ngân hà được biết đến thêm khoảng 1,8 tỷ năm.

Hubble không trực tiếp ghi lại vụ va chạm — sự kiện đã xảy ra từ hàng tỷ năm trước. Thay vào đó, các nhà thiên văn tìm kiếm “hóa thạch” còn sót lại trong những cụm sao cầu, các tập hợp sao dày đặc hình thành gần như cùng thời điểm. Tuổi, thành phần hóa học và vị trí hiện nay của chúng vẫn lưu giữ dấu vết về thiên hà nơi chúng ra đời.

Manh mối nằm trong các cụm sao cầu

Cụm sao cầu có thể được xem như những lớp trầm tích của lịch sử thiên hà. Ngay cả khi thiên hà mẹ bị phá vỡ và hòa vào một thiên hà lớn hơn, các cụm sao của nó vẫn có thể bảo tồn đặc điểm về tuổi và độ kim loại — tức mức độ phong phú của các nguyên tố nặng hơn hydro và heli.

Dữ liệu quan sát các ngôi sao riêng lẻ bằng Hubble cho phép nhóm nghiên cứu do nhà thiên văn Davide Massari dẫn đầu phân tích hệ thống cụm sao cầu của Dải Ngân hà với độ chi tiết cao. Kết quả cho thấy có ba chuỗi tuổi–độ kim loại riêng biệt: một chuỗi gắn với quần thể nguyên thủy của Dải Ngân hà, một chuỗi liên quan đến vụ sáp nhập Gaia-Enceladus, và một chuỗi trung gian gợi ý ít nhất một vụ sáp nhập cổ xưa khác.

Chính quần thể trung gian này là bằng chứng then chốt cho thấy Dải Ngân hà đã trải qua thêm một vụ sáp nhập lớn trong giai đoạn đầu hình thành.

Vụ sáp nhập xảy ra khi nào?

Theo ước tính cụ thể trong nghiên cứu, sự kiện diễn ra khoảng 11,8 tỷ năm trước, tương đương khoảng 1,5 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn theo phần tổng hợp nghiên cứu được cung cấp.

Trong phần tóm tắt dành cho công chúng, NASA làm tròn con số này thành khoảng 12 tỷ năm trước và cho biết phát hiện đã mở rộng lịch sử Dải Ngân hà thêm 1,8 tỷ năm về quá khứ. Hai cách diễn đạt không mâu thuẫn: 11,8 tỷ năm là ước tính chi tiết hơn, còn 12 tỷ năm là con số làm tròn.

LKH vì thế xuất hiện trước vụ sáp nhập nổi tiếng hơn mang tên Gaia-Sausage-Enceladus. Một báo cáo về nghiên cứu ước tính LKH đã hợp nhất với Dải Ngân hà sớm hơn sự kiện Gaia-Sausage-Enceladus khoảng 1,8 tỷ năm.

LKH là thiên hà nào?

LKH được xác định là một thiên hà lùn. Các ngôi sao và cụm sao cầu của nó đã được đưa vào những vùng bên trong Dải Ngân hà. Thiên hà này được ước tính chứa khoảng 500 triệu khối lượng Mặt Trời dưới dạng sao — tương đương về quy mô sao với Gaia-Sausage-Enceladus. Phần lớn vật chất của LKH được cho là đã lắng đọng ở vùng trung tâm của Dải Ngân hà.

Tên gọi LKH ghép ba nhãn từng xuất hiện trong các nghiên cứu trước đây:

• Low-energy: các cụm sao cầu có quỹ đạo và năng lượng thấp;
• Kraken: một thiên hà tiền thân được đề xuất trong các mô hình về lịch sử sáp nhập của Dải Ngân hà;
• Heracles: một cấu trúc khác từng được nhận diện trong vùng bên trong thiên hà.

Cách đặt tên mới liên kết ba dấu vết này thành một hệ tiền thân duy nhất, thay vì xem chúng hoàn toàn là những sự kiện riêng biệt. Nghiên cứu cũng cho rằng việc nhận diện rõ chuỗi cụm sao thứ ba đã khép lại những tranh luận trước đây về một vụ sáp nhập lớn trong giai đoạn rất sớm của Dải Ngân hà.

Lịch sử hình thành Dải Ngân hà được viết lại ra sao?

Bức tranh mới cho thấy Dải Ngân hà không hình thành theo một quá trình đơn lẻ, liên tục. Nó lớn lên qua nhiều lần hợp nhất, mỗi lần bổ sung thêm sao, cụm sao và vật chất vào những vùng khác nhau.

Trình tự chính được mô tả như sau:

1. Dải Ngân hà nguyên thủy bắt đầu tập hợp.
2. Khoảng 11,8 tỷ năm trước, nó sáp nhập với thiên hà lùn LKH.
3. Về sau, Dải Ngân hà tiếp tục trải qua vụ sáp nhập Gaia-Sausage-Enceladus, muộn hơn khoảng 1,8 tỷ năm theo các báo cáo được cung cấp.

Phát hiện này đưa mốc vụ sáp nhập lớn được truy nguyên rõ ràng nhất của Dải Ngân hà về gần thời kỳ sơ khai của vũ trụ hơn. Nhưng Hubble không “nhìn thấy” cuộc va chạm diễn ra. Kính viễn vọng này giúp các nhà khoa học đọc những dấu vết còn lại trong tuổi, thành phần hóa học và sự phân bố của các cụm sao cầu — tương tự cách các nhà khảo cổ tái dựng một nền văn minh từ những hiện vật còn sót lại.

Liệu còn những vụ sáp nhập cổ xưa khác?

Hiện chưa thể xác định Dải Ngân hà đã trải qua bao nhiêu vụ sáp nhập cổ đại khác, cũng như tương lai sẽ phát hiện thêm bao nhiêu sự kiện. Tuy nhiên, chương trình Hubble Missing Globular Clusters Survey đang hướng tới việc hoàn thiện dữ liệu về các cụm sao cầu của Dải Ngân hà và khảo sát những cụm vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ trong vùng phình thiên hà hoặc quầng thiên hà.

Các quan sát bổ sung có thể giúp giới thiên văn tìm thêm những “hóa thạch sao” và cải thiện dòng thời gian hình thành Dải Ngân hà. Dù vậy, kết luận hiện tại đã đủ rõ: bằng chứng từ Hubble cho thấy thiên hà của chúng ta từng hấp thụ LKH khoảng 11,8 tỷ năm trước, trong một vụ sáp nhập lớn diễn ra chỉ khoảng 1,5 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn.