Hubble lần ra dấu vết Dải Ngân hà từng nuốt một thiên hà lùn 11,8 tỷ năm trước

• Các cụm bản địa của tiền Dải Ngân hà: chuỗi cổ nhất, phù hợp với những cụm hình thành trong khối vật chất ban đầu của Dải Ngân hà.
• Các cụm Gaia-Sausage-Enceladus: quần thể có thành phần hóa học khác biệt, liên quan đến một vụ sáp nhập đã biết xảy ra khoảng 10 tỷ năm trước.
• Quần thể LKH: chuỗi chưa từng được nhận diện, cổ hơn các cụm Gaia-Sausage-Enceladus nhưng trẻ hơn nhóm bản địa của tiền Dải Ngân hà.

Chính chuỗi thứ ba là manh mối then chốt. Tuổi và thành phần hóa học của các cụm trong chuỗi này không phù hợp với quần thể bản địa hay sự kiện Gaia-Sausage-Enceladus. Điều đó cho thấy chúng từng thuộc về một thiên hà tiền thân khác, sau này bị Dải Ngân hà sáp nhập.

Hubble đã liên kết 12 cụm sao cổ với LKH, tạo nên “hồ sơ hóa thạch” còn lại của thiên hà đã biến mất. Kết luận này không chỉ dựa vào vị trí hoặc chuyển động hiện nay của các cụm sao, mà kết hợp tuổi, hóa học và bối cảnh động lực học để tái dựng một quần thể có thiên hà mẹ đã bị phá hủy từ hàng tỷ năm trước.

Vì sao tuổi và độ kim loại có thể hé lộ một thiên hà đã mất?

Tuổi của một cụm sao cung cấp mốc thời gian, còn độ kim loại ghi lại trạng thái hóa học của môi trường nơi cụm được sinh ra. Một thiên hà hình thành các cụm sao qua nhiều thế hệ sẽ tạo ra một quỹ đạo tiến hóa riêng: khí của nó dần được làm giàu bởi các nguyên tố nặng do những thế hệ sao trước tạo ra.

Vì vậy, các cụm sao sinh ra trong một thiên hà khác có thể lưu giữ một “dấu vân tay” hóa học khác với các cụm bản địa của Dải Ngân hà. Trong nghiên cứu này, quần thể thứ ba cung cấp đồng thời cả hai dấu hiệu: một lịch sử hóa học nhất quán và vị trí riêng trong chuỗi tuổi, khác với cả các cụm tiền Dải Ngân hà lẫn nhóm Gaia-Sausage-Enceladus. Những phép đo chính xác của Hubble giúp tách các quần thể này.

LKH không hề là một cuộc chạm trán nhỏ

Các nhà nghiên cứu ước tính LKH từng chứa lượng sao có tổng khối lượng khoảng 500 triệu lần khối lượng Mặt Trời vào thời điểm sáp nhập với Dải Ngân hà. Con số này tương đương ước tính dành cho Gaia-Enceladus, cho thấy LKH là một nguồn đóng góp đáng kể vào quá trình bồi tụ của thiên hà, thay vì chỉ là một cuộc gặp gỡ nhỏ.

Vụ sáp nhập xảy ra khi vũ trụ chưa đầy 15% tuổi hiện nay, vào khoảng 2 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn theo các nguồn tin tổng hợp. Nguồn học thuật đi kèm nghiên cứu mô tả sự kiện xảy ra khoảng 1,5 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn; dù có khác biệt về độ chính xác của mốc thời gian, cả hai cách diễn đạt đều đặt vụ sáp nhập vào giai đoạn rất sớm trong lịch sử Dải Ngân hà.

Lịch sử hình thành Dải Ngân hà trở nên phức tạp hơn

Phát hiện này bổ sung một chương quan trọng vào câu chuyện nguồn gốc của thiên hà chúng ta. Dải Ngân hà thời kỳ đầu vừa hình thành sao từ vật chất bên trong, vừa tiếp nhận một lượng lớn sao từ bên ngoài khi hấp thụ LKH. Những ngôi sao “nhập khẩu” đó trở thành một phần của vùng trong Dải Ngân hà, tồn tại cùng các sao sinh ra từ tiền thiên hà của chúng ta và vật chất đến từ những vụ sáp nhập về sau.

Kết quả cũng mở rộng mốc thời gian được xác nhận về quá trình lắp ráp Dải Ngân hà. Trước phát hiện này, lịch sử sáp nhập của thiên hà được truy nguyên chắc chắn đến sự kiện Gaia-Sausage-Enceladus, xảy ra khoảng 10 tỷ năm trước trong các nghiên cứu được cung cấp. LKH cho thấy một vụ sáp nhập đáng kể hơn đã diễn ra sớm hơn, khi Dải Ngân hà vẫn còn là một hệ thống vũ trụ non trẻ.

Một ví dụ điển hình của “khảo cổ học thiên hà”

Cách phục dựng này là một ví dụ về khảo cổ học thiên hà — lĩnh vực sử dụng các ngôi sao và cụm sao sống lâu như những bản ghi của các sự kiện không còn có thể quan sát trực tiếp.

Các cụm sao cầu có thể tồn tại sau khi thiên hà mẹ bị lực thủy triều xé tan, đồng thời bảo toàn thông tin về tuổi hình thành và môi trường hóa học ban đầu. Bằng cách nhóm những cụm sao có lịch sử tương đồng, các nhà thiên văn có thể nhận diện những mảnh vỡ của các thiên hà đã bị phá hủy hàng tỷ năm trước.

Tài liệu được cung cấp cũng đặt phương pháp kết hợp tuổi–độ kim loại và “hóa thạch động lực học” này trong bối cảnh rộng hơn của việc tái dựng lịch sử Dải Ngân hà — lĩnh vực được nhắc đến cùng Giải Kavli Vật lý thiên văn năm 2026. Tuy nhiên, các nguồn hiện có không nêu nội dung trao giải cụ thể hay danh sách cá nhân được vinh danh, nên chưa thể đưa ra diễn giải chi tiết hơn về mối liên hệ này.

Hubble có thể tìm thấy gì tiếp theo?

Phương pháp trên mở ra hướng tìm kiếm thêm những vụ sáp nhập cổ xưa. Các quan sát Hubble đối với những cụm sao cầu chưa được nghiên cứu, đặc biệt trong vùng lõi dày đặc và bị che khuất của Dải Ngân hà, có thể phát hiện thêm các chuỗi tuổi–độ kim loại riêng biệt. Mỗi chuỗi như vậy có thể là dấu vết của một hệ sao bên ngoài từng bị Dải Ngân hà hấp thụ.

Bằng chứng hiện có chưa chỉ ra những ứng viên cụ thể cho các vụ sáp nhập tương lai. Nhưng nó đã xác lập một chiến lược đầy hứa hẹn: đọc tuổi và thành phần hóa học của các cụm sao còn sót lại, tách các lịch sử hình thành khác nhau, rồi dùng những mô thức đó để khôi phục thêm các chương đã bị xóa khỏi quá khứ của Dải Ngân hà.