39 cụm sao tiết lộ Dải Ngân hà từng nuốt một thiên hà lùn gần 12 tỷ năm trước

Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA đã biến các cụm sao cầu cổ xưa thành những “hóa thạch vũ trụ”, giúp các nhà nghiên cứu truy tìm những thiên hà đã bị Dải Ngân hà hấp thụ từ thuở sơ khai. Phân tích 39 cụm sao nằm trong phạm vi 20.000 năm ánh sáng tính từ vùng trung tâm cho thấy chúng không thuộc một quần thể duy nhất, mà phân thành ba dải tuổi–độ kim loại riêng biệt.

Dấu vết nằm trong tuổi và thành phần hóa học

Cụm sao cầu là những tập hợp sao rất dày đặc, trong đó nhiều ngôi sao hình thành gần như cùng thời điểm. Vì vậy, tuổi và thành phần hóa học của chúng có thể lưu giữ thông tin về môi trường thiên hà nơi chúng ra đời.

Trong thiên văn học, độ kim loại là tỷ lệ các nguyên tố nặng hơn hydro và heli trong sao. Một thiên hà lớn thường làm giàu hóa học nhanh hơn thiên hà nhỏ, do các thế hệ sao liên tiếp tạo ra rồi phát tán những nguyên tố nặng. Khi đặt tuổi của các cụm sao cạnh độ kim loại, các nhà nghiên cứu có thể nhận ra những “dấu vân tay” khác nhau của các thiên hà tổ tiên.

Độ sâu và độ phân giải cao của ảnh Hubble giúp đo tuổi tương đối và độ kim loại của các cụm sao với độ chính xác đặc biệt. Kết hợp với dữ liệu về quỹ đạo từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và các mô hình thống kê, nhóm nghiên cứu nhận thấy ba dải riêng rẽ thay vì một chuỗi liên tục duy nhất.

Ba nhóm cụm sao kể lại lịch sử Dải Ngân hà

• Nhóm bản địa của Dải Ngân hà: Đây là dải cổ xưa nhất, được cho là gồm các cụm sao hình thành ngay trong thiên hà sơ khai.
• Nhóm Gaia–Sausage–Enceladus (GSE): Đây là quần thể trẻ hơn, liên quan đến một vụ sáp nhập với Dải Ngân hà xảy ra khoảng 10 tỷ năm trước.
• Nhóm LKH: Nhóm này nằm ở vị trí trung gian: cổ hơn nhóm GSE nhưng trẻ hơn các cụm sao bản địa. Mối quan hệ giữa tuổi và độ kim loại, cùng đặc điểm động lực học của chúng, không phù hợp với hai nhóm còn lại. Điều đó chỉ ra một thiên hà tổ tiên riêng biệt đã tham gia vào lịch sử hình thành Dải Ngân hà.

Các cụm sao thuộc nhóm thứ ba được liên hệ với Low-energy-Kraken-Heracles, viết tắt là LKH. Tên gọi này kết hợp những tên từng xuất hiện trong các nghiên cứu trước về các vụ sáp nhập thời kỳ đầu của Dải Ngân hà.

Vì sao nhóm này là bằng chứng về LKH?

Tuổi của dải trung gian cho phép ước tính thời điểm thiên hà tổ tiên bị hấp thụ: khoảng 11,8 tỷ năm trước. Dựa trên số lượng và đặc tính của các cụm sao còn sót lại, các nhà nghiên cứu ước tính LKH từng chứa lượng sao có tổng khối lượng tương đương khoảng 500 triệu lần khối lượng Mặt Trời. Đây là một thành phần xây dựng đáng kể của Dải Ngân hà sơ khai, chứ không chỉ là một dòng sao nhỏ.

Mốc “khoảng 2 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn” là cách diễn đạt làm tròn thường dùng trong các thông tin phổ biến. Bản thảo nghiên cứu nêu thời điểm khoảng 1,5 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn; dù dùng cách tính nào, sự kiện này vẫn diễn ra ở một thời kỳ cực kỳ sớm. Phát hiện đã đẩy lùi khoảng 1,8 tỷ năm mốc lịch sử sáp nhập lớn của Dải Ngân hà từng được tái dựng một cách chắc chắn.

Dải Ngân hà hình thành từ bên trong hay nhờ sáp nhập?

Kết quả không cho thấy toàn bộ các ngôi sao đầu tiên của Dải Ngân hà đều đến từ bên ngoài. Bức tranh phù hợp hơn là sự kết hợp của hai cơ chế:

1. Dải Ngân hà tự hình thành một phần các cụm sao cổ xưa nhất trong quá trình tạo sao nội tại.
2. Thiên hà đồng thời lớn lên nhanh chóng nhờ hấp thụ các thiên hà nhỏ hơn, trong đó có LKH và sau này là GSE.

Một vụ sáp nhập lớn thời kỳ đầu có thể đã bổ sung sao, cụm sao và khí, đồng thời làm xáo trộn cấu trúc động lực học của thiên hà trẻ. Những tác động đó góp phần định hình các giai đoạn tiến hóa tiếp theo của Dải Ngân hà.

“Khảo cổ học thiên hà” đọc lịch sử từ hóa thạch

LKH không còn tồn tại như một thiên hà riêng biệt để các nhà thiên văn quan sát trực tiếp. Thay vào đó, họ tái dựng nó từ những dấu tích còn lại: tuổi cụm sao, lịch sử hóa học, quỹ đạo và chuyển động của các ngôi sao.

Đây là cốt lõi của khảo cổ học thiên hà—lĩnh vực nghiên cứu lịch sử Dải Ngân hà thông qua những “hóa thạch” vũ trụ. Phát hiện về LKH cho thấy các phân bố tuổi–độ kim loại của cụm sao cầu có thể bảo tồn dấu vết của những vụ sáp nhập mà tàn dư sao thông thường đã bị trộn lẫn đến mức khó nhận diện.

Kết quả này cũng liên hệ trực tiếp với hướng nghiên cứu được vinh danh tại Giải Kavli Vật lý thiên văn năm 2026. Vasily Belokurov, Amina Helmi và Rodrigo Ibata nhận giải nhờ phát hiện bằng chứng hóa thạch của các vụ sáp nhập trong quá khứ, qua đó chứng minh Dải Ngân hà được xây dựng qua quá trình bồi tụ phân cấp—tức lớn lên bằng cách hợp nhất và hấp thụ các thiên hà nhỏ hơn. LKH là một ví dụ mới, cụ thể cho phương pháp tái dựng lịch sử đó.

Hubble có thể còn tìm thấy gì?

Những quan sát tương lai về các cụm sao cầu chưa được nghiên cứu, đặc biệt là các cụm bị che khuất trong vùng trung tâm Dải Ngân hà, có thể phát hiện thêm những dải tuổi–độ kim loại tách biệt.

Các dải mới có thể giúp giới khoa học:

• nhận diện những thiên hà tổ tiên cổ xưa khác đã bị phá hủy hoàn toàn;
• ước tính chính xác hơn khối lượng và thời điểm sáp nhập của chúng;
• kiểm tra liệu một nhóm cụm sao có thực sự đại diện cho một vụ sáp nhập riêng hay chỉ là phần kéo dài của nhóm LKH, GSE hoặc nhóm bản địa.

Tuy nhiên, từ bằng chứng hiện có, các vụ sáp nhập bổ sung cụ thể vẫn chưa thể được xác định.