Kính thiên văn James Webb phát hiện vụ hợp nhất 5 thiên hà cực hiếm

Khám phá đáng chú ý này được thực hiện bằng cách sử dụng dữ liệu từ Kính thiên văn James Webb (JWST) và Kính viễn vọng Không gian Hubble

Cụm thiên hà Stephan's Quintet. (Nguồn: NASA)

Theo các nhà nghiên cứu, sự hợp nhất thiên hà đóng vai trò then chốt trong quá trình hình thành vũ trụ. Những vụ sáp nhập như vậy không phải hiếm, song thông thường chỉ diễn ra giữa hai thiên hà.

Hệ thống mới, được đặt tên là JWST Quintet, lại bao gồm ít nhất năm thiên hà cùng 17 cụm thiên hà. Đây là một sự kiện đặc biệt hiếm hoi trong cả mô phỏng lẫn quan sát thực tế. "Việc tìm thấy một hệ thống năm thiên hà liên kết vật lý là cực kỳ hiếm, khả năng phát hiện ra một hệ thống như vậy gần như bằng không", Weida Hu, tác giả chính của nghiên cứu và là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Texas A&M (Mỹ), chia sẻ. Ông cho rằng việc xác định được hệ thống này sớm như vậy có thể xuất phát từ sự "may mắn" trong quan sát.

Camera cận hồng ngoại (NIRCam) của James Webb đã phát hiện một quầng khí lớn bao quanh toàn bộ nhóm thiên hà, chứng minh rằng chúng không tồn tại độc lập mà được gắn kết vật lý trong cùng một hệ thống.

Trước đó, một số thiên hà trong nhóm từng được Hubble ghi nhận, nhưng chỉ nhờ dữ liệu từ James Webb, các nhà khoa học mới xác nhận rằng cả năm thiên hà đều có cùng độ dịch chuyển đỏ, nghĩa là ở cùng khoảng cách vũ trụ và đang tương tác với nhau. Hu cho rằng, có thể còn tồn tại những thiên hà mờ nhạt hoặc bị che khuất trong hệ thống này, nhưng chưa được phát hiện, việc quan sát chúng sẽ cần đến các công cụ đa bước sóng tiên tiến hơn.

Khẳng định tính hiếm hoi của hiện tượng, Giáo sư thiên văn học ngoài thiên hà Christopher Conselice tại Đại học Manchester (Anh), cho biết: "Trong tổng số các thiên hà, khoảng 20–30% sẽ hợp nhất, nhưng gần như toàn bộ chỉ là hai thiên hà. Các hệ thống nhiều hơn hai thiên hà cực kỳ hiếm, chắc chắn thấp hơn 1%".

Nhóm nghiên cứu cũng xác định rằng hai thiên hà chính trong hệ thống này cách nhau khoảng 43.300 năm ánh sáng, còn cặp xa nhất cách nhau 60.700 năm ánh sáng. Việc các thiên hà nằm gần nhau như vậy là bằng chứng rõ ràng cho thấy chúng đang trên đường hợp nhất.

Điểm đáng chú ý là hệ thống này có nét tương đồng với Stephan’s Quintet – một nhóm thiên hà nổi tiếng trong vũ trụ gần Trái Đất, nơi bốn thiên hà đang va chạm còn thiên hà thứ năm chỉ xuất hiện gần đó trên bầu trời nhưng không tham gia hợp nhất.

Cả hai hệ thống đều có sự xuất hiện của những cầu nối vật chất, kết quả từ lực thủy triều khi các thiên hà kéo giãn lẫn nhau. Tuy nhiên, khác với Stephan’s Quintet vốn đã "già" và ít hoạt động, JWST Quintet lại giàu khí và đang hình thành các ngôi sao mới với tốc độ cực kỳ mạnh mẽ, vượt xa dự đoán.

Theo tính toán, JWST Quintet có khối lượng sao tương đương 10 tỷ Mặt Trời. Với tốc độ hình thành sao dồn dập, hệ thống này nhiều khả năng sẽ hợp nhất thành một thiên hà tĩnh lặng khổng lồ chỉ trong vòng 1 đến 1,5 tỷ năm sau Vụ nổ lớn.

Điều này đặt ra câu hỏi lớn, bởi các nghiên cứu trước đây dựa vào quan sát từ kính James Webb cũng từng phát hiện nhiều thiên hà "chết sớm" trong vũ trụ sơ khai, khiến các nhà khoa học băn khoăn không hiểu vì sao quá trình tiến hóa lại diễn ra nhanh đến vậy.

Tương lai của hệ thống vẫn là một ẩn số. Theo Giáo sư Conselice, các thiên hà hợp nhất có thể tiếp tục hình thành sao nhưng với tốc độ giảm dần, hoặc cũng có thể trở thành "chết" hoàn toàn. Yếu tố quyết định nằm ở việc liệu chúng có chứa các lỗ đen siêu nặng hoạt động hay không, bởi năng lượng phát ra từ lỗ đen có thể nhanh chóng dập tắt sự hình thành sao.

Dù vậy, nghiên cứu hiện tại mới chỉ dựa vào hình ảnh cận hồng ngoại, vốn giúp phác họa chi tiết cấu trúc nhưng chưa cung cấp được dữ liệu quang phổ quan trọng để xác định thành phần hóa học, vận tốc chuyển động hay tính chất khí bên trong hệ thống.

Hu nhấn mạnh rằng cần thêm các dữ liệu này để hiểu sâu hơn về bản chất của JWST Quintet. Nếu trong tương lai, kính James Webb tiếp tục phát hiện thêm nhiều hệ thống tương tự, các nhà khoa học có thể đánh giá được tần suất xuất hiện của hiện tượng, xác định liệu chúng thực sự hiếm như mô hình vũ trụ chuẩn dự đoán, hay là bằng chứng cho thấy tồn tại những cơ chế hình thành thiên hà hoàn toàn mới.

Xuân Minh