Các nhà nghiên cứu lập bản đồ các ngôi sao từ thiên hà Loki cổ đại đã hợp nhất với Dải Ngân hà hàng tỷ năm trước

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã lập bản đồ 20 ngôi sao cổ có đặc điểm hóa học và quỹ đạo quỹ đạo giống hệt nhau. Nhóm khoa học kết luận rằng các ngôi sao thuộc về một thiên hà lùn cổ đại, ngày nay được gọi là Loki. Hệ thống nhỏ hơn cuối cùng đã bị Dải Ngân hà hấp thụ trong giai đoạn đầu hình thành môi trường thiên hà của chúng ta cách đây hàng tỷ năm. Dữ liệu đầy đủ từ cuộc điều tra có trong một bài báo đăng trên tạp chí khoa học Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.

Việc xác định nhóm sao này cung cấp dữ liệu chưa từng có về cơ chế phát triển của các thiên hà lớn trong vũ trụ. Nhà thiên văn học Federico Sestito, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Hertfordshire và đồng tác giả của cuộc khảo sát, giải thích rằng phát hiện này thể hiện việc phát hiện ra một trong nhiều khối xây dựng của thiên hà chúng ta. Nghiên cứu chứng minh rằng cấu trúc hiện tại của đĩa thiên hà là kết quả của một lịch sử lâu dài về sự va chạm và đồng hóa của các hệ thống nhỏ hơn trong suốt thời gian vũ trụ.

Phân tích hóa học và theo dõi quỹ đạo của các ngôi sao

Việc xác định thành công đòi hỏi phải áp dụng các phương pháp kết hợp quan sát thiên văn chính xác. Các chuyên gia đã sử dụng phương pháp quang phổ có độ phân giải cao để giải mã dấu hiệu ánh sáng của từng ngôi sao được theo dõi. Việc tham chiếu chéo thông tin này với các mô phỏng lý thuyết và mô hình chuyển động quỹ đạo giúp có thể tách biệt 20 ngôi sao quan tâm. Việc thu được dữ liệu hóa học chính xác thể hiện sự khác biệt về mặt phương pháp so với các khảo sát trước đó vốn chỉ phụ thuộc vào động học của sao.

Thành phần cơ bản của các ngôi sao cho thấy tỷ lệ kim loại cực kỳ thấp. Trong thiên văn học, sự vắng mặt của các nguyên tố nặng như sắt cho thấy ngôi sao đã hình thành ở giai đoạn đầu của vũ trụ, trước khi các thế hệ siêu tân tinh kế tiếp có thể gieo mầm vào không gian những vật liệu phức tạp. Các phép đo đã xác nhận bản chất nguyên thủy của nhóm Loki. Vị trí vật lý của những ngôi sao này cũng thu hút sự chú ý của các nhà khoa học khi lập bản đồ bầu trời.

Hầu hết các ngôi sao cổ xưa đều quay quanh quầng thiên hà, một vùng hình cầu khuếch tán bao phủ thiên hà một cách rộng rãi. Tuy nhiên, nhóm mới được phát hiện di chuyển trong vùng lân cận của đĩa Ngân Hà. Khu vực này theo truyền thống là nơi cư trú của các quần thể sao trẻ hơn, giàu kim loại, giống như chính hệ mặt trời. Sự hiện diện của các thiên thể cổ xưa và nghèo nàn về mặt hóa học như vậy trong khu vực cụ thể này đã cung cấp bằng chứng rõ ràng rằng chúng có chung nguồn gốc bên ngoài.

Động lực hình thành và quá trình sáp nhập thiên hà

Mô hình vũ trụ học hiện nay chứng minh rằng các thiên hà khổng lồ không phát triển cô lập trong chân không của không gian. Dải Ngân hà đạt đến kích thước và khối lượng hiện tại thông qua quá trình hấp thụ và hấp thụ liên tục từ các thiên hà vệ tinh nhỏ hơn. Sự kết hợp của Loki minh họa một cách hoàn hảo cơ chế ăn thịt đồng loại trong thiên hà này. Các ngôi sao ban đầu của hệ thống nhỏ hơn cuối cùng bị phân tán bởi lực hấp dẫn, nhưng vẫn duy trì các đặc tính cơ bản hoạt động như một bản ghi hóa thạch về vụ va chạm.

Nghiên cứu chi tiết về các di tích vũ trụ này cho phép các nhà thiên văn học xây dựng lại dòng thời gian tiến hóa của thiên hà với độ chính xác cao hơn. Mỗi thiên hà lùn mới được xác định trong Dải Ngân hà đóng vai trò là một mảnh ghép ba chiều phức tạp. Việc tái thiết các quỹ đạo ban đầu giúp xác định khối lượng của hệ thống bị hấp thụ và góc tiếp cận trong sự kiện hợp nhất, cung cấp các thông số cần thiết cho mô phỏng vật lý thiên văn.

Các sự kiện vũ trụ dữ dội trong quá trình tiến hóa của hệ thống

Phân tích quang phổ của 20 ngôi sao đã phát hiện các dấu hiệu hóa học để lại bởi các quá trình vật lý thiên văn khắc nghiệt xảy ra trong quá khứ. Vật chất hình thành nên những ngôi sao này đã trải qua quá trình làm giàu trước đó thông qua các sự kiện giải phóng năng lượng cao. Nhóm khoa học đã lập bản đồ các hiện tượng chịu trách nhiệm rèn giũa các nguyên tố có trong thành phần của nhóm Loki. Các chỉ báo chỉ ra những lần xuất hiện sau trong hệ thống ban đầu:

Leia Tambem

Tín hiệu vô tuyến từ sao chổi 3I/ATLAS huy động NASA và các đài quan sát toàn cầu trong nghiên cứu chưa từng có

Cơ quan vũ trụ Mỹ tiết lộ thành phần và lộ trình chưa từng có của sao chổi liên sao 3I/Atlas

Cơ quan vũ trụ NASA trình bày chi tiết thành phần hóa học của sao chổi liên sao 3I/Atlas trong nghiên cứu mới

• Vụ nổ siêu tân tinh năng lượng cao được tạo ra bởi các ngôi sao lớn.
• Sự xuất hiện của siêu tân tinh liên quan đến sự sụp đổ của lõi sao khổng lồ.
• Hoạt động của những ngôi sao có khối lượng lớn với tốc độ quay cực nhanh.
• Các sự kiện sáp nhập nhị phân liên quan đến các sao neutron siêu đặc.

Một thực tế cơ bản nổi lên là sự vắng mặt của một số nguyên tố hóa học nhất định trong các mẫu được thiết bị phân tích. Các nhà nghiên cứu không tìm thấy bất kỳ dấu vết nào liên quan đến vụ nổ sao lùn trắng, một loại siêu tân tinh cụ thể phải mất hàng tỷ năm mới xảy ra một cách tự nhiên. Việc thiếu các dấu hiệu muộn này cho thấy thiên hà Loki có một thời gian tồn tại ngắn ngủi và mãnh liệt. Hệ thống này trải qua sự bùng nổ hình thành sao nhanh chóng trước khi bị phá hủy bởi lực hấp dẫn của Dải Ngân hà.

Những thách thức quan sát ở đĩa trung tâm của Dải Ngân hà

Vị trí của các cấu trúc cổ xưa trong đĩa thiên hà đặt ra những rào cản kỹ thuật nghiêm trọng đối với các đài quan sát hiện đại. Việc xác định các dòng sao ở ngoại vi quầng thiên hà đòi hỏi ít nỗ lực hơn vì mật độ sao ở khu vực này vẫn còn thấp đáng kể. Kịch bản thay đổi mạnh mẽ khi việc tìm kiếm diễn ra ở các vùng trung tâm và trong mặt phẳng của đĩa. Môi trường tập trung hàng tỷ ngôi sao sáng chói hơn những ngôi sao già nhất và mờ nhất.

Lọc dữ liệu đòi hỏi các thuật toán phức tạp có khả năng tách chuyển động của các ngôi sao xâm nhập khỏi dòng chảy tự nhiên của thiên hà chủ. Federico Sestito nhấn mạnh giá trị khoa học của việc khắc phục những hạn chế kỹ thuật này trong quá trình nghiên cứu. Nhà nghiên cứu tin rằng những ngôi sao có độ kim loại thấp sẽ mở ra những con đường trực tiếp để hiểu được quá trình tổng hợp hạt nhân nguyên thủy. Việc tiếp tục nghiên cứu các thiên thể này giúp trả lời các câu hỏi cơ bản về nguồn gốc của các nguyên tố hóa học đầu tiên của vũ trụ.

Cộng đồng thiên văn dự đoán rằng hàng chục thiên hà lùn đã tuyệt chủng khác vẫn được ngụy trang trong quần thể sao của Dải Ngân hà. Nhóm nghiên cứu của Đại học Hertfordshire vẫn tập trung vào việc quét một cách có hệ thống các danh mục thiên văn để tìm các dị thường hóa học và quỹ đạo mới. Việc lập danh mục các hệ thống như Loki chỉ thể hiện giai đoạn đầu của quá trình lập bản đồ khảo cổ học ở quy mô thiên hà và sẽ kéo dài trong vài năm tới.

Tiến bộ công nghệ và tương lai của quang phổ

Tiến bộ trong thiết bị thiên văn hứa hẹn sẽ đẩy nhanh đáng kể tốc độ khám phá trong thập kỷ tới. Giới hạn quan sát hiện tại, giới hạn ở các nhóm sao nhỏ, sẽ nhường chỗ cho các cuộc khảo sát quy mô lớn và tự động. Sự phát triển của các cơ sở được trang bị máy quang phổ đa vật thể sẽ làm thay đổi khả năng thu thập dữ liệu của kính thiên văn trên mặt đất và trong không gian. Thiết bị mới sẽ có thể ghi lại thành phần hóa học của hàng nghìn mục tiêu cùng một lúc chỉ trong một đêm quan sát.

Việc mở rộng khối lượng dữ liệu được xử lý sẽ cho phép xác định các dòng sao tinh tế hơn nhiều phân tán trong không gian. Việc lập bản đồ quy mô lớn sẽ cung cấp cơ sở thống kê cần thiết để xác nhận các mô hình lý thuyết về sự hình thành vũ trụ được cấu trúc trong những thập kỷ gần đây. Độ chính xác của các phép đo trong tương lai sẽ đảm bảo cho các nhà khoa học khả năng phân tách các quần thể sao cổ đại với sai số tối thiểu. Những tiến bộ công nghệ sẽ củng cố khảo cổ học thiên hà như một trong những lĩnh vực năng động nhất của vật lý thiên văn đương đại, tiết lộ các chi tiết về sự tập hợp của Dải Ngân hà.