Hai thiên hà xoắn ốc chồng lên nhau trong chòm sao Sculptor đã được Kính viễn vọng Không gian Hubble chụp lại trong một cấu hình hiếm có cho thấy các cấu trúc bụi chưa từng thấy rõ ràng như vậy trước đây. Hình ảnh do NASA, ESA và Nhóm Di sản Hubble công bố cho thấy một hiện tượng hấp dẫn: bóng bụi của thiên hà tiền cảnh được vẽ tương phản với ánh sáng cực mạnh của thiên hà hậu cảnh. Các cấu trúc sọc tối trải dài khắp ngoại vi vũ trụ, tạo ra một mô hình mà các nhà thiên văn học mô tả là những cành cây khô treo trong chân không của không gian.
Kính viễn vọng Không gian Hubble đã chụp được cấu hình này vào ngày 16 tháng 9 năm 2008. Camera khảo sát nâng cao (ACS) của thiết bị này có thể phân giải những gì xuất hiện dưới dạng một khối ánh sáng khi được quan sát bằng kính viễn vọng trên Trái đất. Khám phá này đã phân loại lại đối tượng danh mục được gọi là 2MASX J00482185-2507365 từ một thực thể được cho là duy nhất thành một sự liên kết hiếm hoi của hai hệ thiên hà riêng biệt, cái này ở phía trước cái kia.
Thiên hà lớn sánh ngang với Dải Ngân hà về kích thước và khoảng cách
Thiên hà lớn hơn, chiếm ưu thế về mặt thị giác trong hình ảnh, có kích thước gần với Dải Ngân hà. Nó nằm cách Trái đất khoảng 780 triệu năm ánh sáng, khoảng cách diễn ra sự kiện được quan sát khi vũ trụ chỉ mới vài tỷ năm tuổi. Mặc dù có sự gần nhau rõ ràng trong ảnh, hai thiên hà không tương tác với nhau bằng lực hấp dẫn. Sự chồng chéo hoàn toàn là phối cảnh, là kết quả của sự liên kết hoàn hảo giữa Trái đất và hai hệ sao xa xôi này.
Máy ảnh nghiên cứu tiên tiến của Hubble đã tiết lộ một tính năng quan trọng: cấu trúc bụi mở rộng khoảng 1,5 lần mép ngoài của đĩa nơi có thể nhìn thấy ánh sáng sao. Khám phá này đánh dấu lần đầu tiên các nhà thiên văn học quan sát trực tiếp bụi lan rộng đến vùng bên ngoài của một thiên hà. Hiện tượng này đặt ra những câu hỏi cơ bản về sự phổ biến của những cấu trúc bụi rộng lớn như vậy ở các thiên hà khác và cơ chế hình thành của chúng.
https://twitter.com/cara_zeus/status/2050662733142475107?ref_src=twsrc%5Etfw
Cơ chế phát triển: Chiếu sáng ngược như một công cụ quan sát
Bụi vũ trụ không phát ra ánh sáng khả kiến. Thông thường, những hạt này ngụy trang trong bóng tối của không gian, khiến việc quan sát trực tiếp qua kính thiên văn thông thường là không thể. Không có nguồn sáng phía sau, bụi vẫn vô hình trước mắt các nhà thiên văn học và cảm biến điện tử của thiết bị. Tuy nhiên, cấu hình chồng chéo của quan sát Hubble này đã tạo ra một điều kiện thí nghiệm tự nhiên đặc biệt.
Thiên hà ở hậu cảnh đóng vai trò như một đèn nền khổng lồ, chiếu sáng đám bụi của thiên hà phía trước giống như một hình bóng. Mỗi hạt bụi giữa các thiên hà đều chặn ánh sáng của các ngôi sao đã du hành trong không gian hàng trăm triệu năm. Sự hấp thụ này tạo ra mô hình nhìn thấy được mà các nhà thiên văn học có thể lập bản đồ và nghiên cứu. Kỹ thuật quan sát ngược sáng, mặc dù được biết đến rộng rãi trong kính hiển vi và chụp ảnh trên mặt đất, nhưng hiếm khi xảy ra rõ ràng và ở quy mô hoành tráng như vậy trong vũ trụ xa xôi.
Cấu trúc bụi và ý nghĩa đối với sự hiểu biết về thiên hà
Các cánh tay bụi được quan sát trong thiên hà phía trước biểu hiện những kiểu mẫu khác biệt. Chúng không được phân phối ngẫu nhiên trên toàn hệ thống. Thay vào đó, chúng tạo thành những cấu trúc có tổ chức giống như những nhánh cây khô kéo dài từ rìa ngoài của đĩa thiên hà. Tổ chức này cho rằng lực hấp dẫn và động lực trong hệ thống sao sẽ định hình bụi dọc theo các quỹ đạo cụ thể.
Mức độ bất thường của bụi đặt ra những câu hỏi khoa học quan trọng:
- Bụi vượt xa giới hạn phát hiện ánh sáng sao
- Những cấu trúc rộng lớn như vậy có thể là kết quả của các sự kiện va chạm hoặc sáp nhập thiên hà trước đó
- Sự phân bố tuân theo các mẫu biểu thị động lực hấp dẫn phức tạp
- Sự phổ biến của các cấu trúc này ở các thiên hà khác vẫn chưa được biết rõ
- Cơ chế giữ bụi ở xa nhân thiên hà cần được nghiên cứu thêm
Tầm quan trọng của quan sát đối với thiên văn học hiện đại
Hình ảnh này minh họa cách Kính viễn vọng Không gian Hubble tiếp tục tiết lộ các cấu trúc vũ trụ thách thức sự mong đợi của các nhà thiên văn học. Camera nghiên cứu tiên tiến, được lắp đặt trong sứ mệnh phục vụ năm 2002, cho phép phân giải chưa từng có các cấu trúc nhỏ trên các vật thể ở rất xa. Nếu không có công nghệ này, bản chất nhị phân của sự chồng chéo thiên hà sẽ vẫn còn là một bí ẩn.
Quan sát này cũng cho thấy các cấu hình ngẫu nhiên trong vũ trụ có thể cung cấp các công cụ quan sát tự nhiên như thế nào. Các nhà thiên văn học đã tận dụng những dịp tương tự để nghiên cứu thành phần của các thiên hà xa xôi, phát hiện vật chất tối và lập bản đồ các trường bụi giữa các thiên hà. Mỗi sự liên kết mang đến một cơ hội duy nhất để kiểm tra các mô hình lý thuyết và mở rộng kiến thức về cấu trúc và sự tiến hóa của các thiên hà.
Đóng góp liên tục từ các cơ quan vũ trụ quốc tế
Hình ảnh được nhiều tổ chức khoa học cùng công bố. NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã phối hợp các hoạt động của Hubble trong nhiều thập kỷ. Nhóm Di sản Hubble (STScI/AURA) duy trì một kho lưu trữ các hình ảnh đã được xử lý và phân tích, cung cấp dữ liệu cho các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới. Những quan hệ đối tác quốc tế này đảm bảo rằng những khám phá như thế này sẽ đến được với cộng đồng khoa học toàn cầu và công chúng quan tâm đến thiên văn học.
Các hình ảnh không gian được các cơ quan này công bố thường xuyên không chỉ bao gồm các quan sát của Hubble mà còn cả dữ liệu từ các kính thiên văn quỹ đạo và trên mặt đất khác. Những người đam mê không gian và thiên văn học cũng như các chuyên gia thường đóng góp những quan sát và phân tích bổ sung nhằm làm phong phú thêm sự hiểu biết chung về vũ trụ. Việc phổ biến minh bạch dữ liệu khoa học sẽ đẩy nhanh tiến độ trong nghiên cứu thiên văn và truyền cảm hứng cho các thế hệ nhà thiên văn học và kỹ sư hàng không vũ trụ trong tương lai.
Việc phát hiện ra các cấu trúc bụi mở rộng ở các thiên hà xa xôi mở ra những hướng nghiên cứu mới về cách các hệ thiên hà phát triển trong hàng tỷ năm và cách chúng tương tác với môi trường vũ trụ xung quanh chúng.