Sau gần 10 năm chờ đợi, chúng ta đã có trong tay bức tranh bức tranh chi tiết nhất về Dải Ngân hà

Đài quan sát không gian Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, được phóng vào năm 2013, đã hoàn thành mục tiêu lập biểu đồ hơn một tỉ ngôi sao trong Dải Ngân hà vào năm 2016. Tuy nhiên, đến ngày 13 tháng 6 vừa qua, sứ mệnh của đài quan sát không gian này đã mở rộng bản đồ đó sang các chiều không gian mới, công bố các phép đo chi tiết hơn của hàng trăm triệu ngôi sao, các tiểu hành tinh, các thiên hà và môi trường bụi giữa các ngôi sao.

Laurent Eyer, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Geneva, người đã làm việc trên Gaia trong nhiều năm, cho biết: "Đột nhiên bạn có một đống dữ liệu. Đối với một số chủ đề trong thiên văn học, các kết quả mới này sẽ thay thế hiệu quả tất cả các quan sát đã được thực hiện trước đó".

Dữ liệu mới từ tàu vũ trụ Gaia đã được sử dụng để lập bản đồ bụi giữa các vì sao trong Dải Ngân hà, với nồng độ cao (màu đen) giảm dần (từ màu vàng sang màu xanh lam) ở xa mặt phẳng thiên hà hơn. Các hoa văn ở đây mang dấu vết của hàng tỷ năm sáp nhập thiên hà, siêu tân tinh và các ngôi sao mới sinh.

Dữ liệu trong cuộc khảo sát mới, được thu thập từ năm 2014 đến năm 2017, đã dẫn đến một số khám phá - bao gồm sự hiện diện của những "trận sao" khổng lồ một cách đáng kinh ngạc trên bề mặt của hàng nghìn ngôi sao. Nhưng hơn bất cứ điều gì, nó sẽ trở thành một công cụ mới cho các nhà thiên văn học, một công cụ sẽ hỗ trợ những nỗ lực của họ để hiểu cách các ngôi sao, hành tinh và toàn bộ thiên hà hình thành và phát triển.

Dưới đây là một số câu đố lâu đời mà dữ liệu mới có thể giúp chúng ta giải quyết.

Vành đai tiểu hành tinh giữa sao Hỏa và sao Mộc là một mớ hỗn độn của lịch sử. Sau khi Trái đất và các hành tinh khác hình thành, các khối đá còn sót lại đập vào nhau, để lại những mảnh vỡ vụn. Nhưng nếu các nhà khoa học biết đủ về từng tiểu hành tinh, họ có thể tái tạo lại chúng đến từ khi nào và ở đâu. Và điều đó có thể cung cấp cái nhìn chi tiết về những ngày đầu tiên của hệ Mặt trời.

Sử dụng dữ liệu Gaia mới, các nhà thiên văn học vẽ vị trí của 156.000 tiểu hành tinh vào ngày 13 tháng 6 năm 2022. Các đường mòn cho thấy quỹ đạo của chúng trong 10 ngày qua và màu sắc đánh dấu các nhóm tiểu hành tinh khác nhau dựa trên vị trí của chúng (màu xanh lam, bên trong hệ mặt trời; màu xanh lá cây, vành đai tiểu hành tinh chính giữa sao Hỏa và sao Mộc; màu cam, tiểu hành tinh Trojan gần sao Mộc).

Federica Spoto, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian ở Cambridge, cho biết tập dữ liệu mới khổng lồ của Gaia có thể giúp giải câu đố này trước khi cần sử dụng các công cụ khác. Thông tin đó có thể rất cần thiết để truy tìm các tiểu hành tinh và tìm hiểu những gì đã xảy ra trong quá khứ.

Spoto, một cộng tác viên của Gaia cho biết: "Bạn có thể quay ngược thời gian và cố gắng hiểu tất cả sự hình thành và tiến hóa của hệ Mặt trời. Đó là một thứ gì đó to lớn mà trước Gaia, chúng tôi thậm chí không thể nghĩ đến".

Tuy nhiên, các tiểu hành tinh không chỉ là "mảnh ký ức" của quá khứ. Theo Thomas Burbine, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Mount Holyoke ở Nam Hadley, Mass, những tiểu hành tinh gần như không thể phát hiện được từ Trái đất vì chúng quay quanh quá gần mặt trời. Vì những tiểu hành tinh này ban đầu đến từ những nơi xa hơn vị trí hiện tại (ví dụ, vành đai tiểu hành tinh), chúng có thể cho chúng ta biết về những thiên thạch đi qua Trái đất có khả năng va vào chúng ta.

Alessandro Savino, nhà vật lý thiên văn tại Đại học California, Berkeley, người không liên quan đến Gaia, cho biết: "Không có gì là lạ khi có lỗ hổng kiến thức về hơn một tỷ năm không chắc chắn bên ngoài không gian. Không giống như độ sáng hoặc vị trí, tuổi của những vật thể trong không gian là thứ không được nhìn thấy trực tiếp. Các nhà thiên văn học theo đó đã phải dựa trên các lý thuyết về cách các ngôi sao tiến hóa để dự đoán tuổi từ những gì họ có thể đo được".

"Nếu các phiên bản trước đây của cuộc khảo sát Gaia giống như một bức ảnh chụp các vì sao, thì bản dữ liệu mới này giống như việc chuyển bức ảnh từ đen trắng sang màu. Nó cung cấp một cái nhìn sâu hơn về hàng trăm triệu ngôi sao bằng cách đo nhiệt độ, trọng lực và đặc tính hóa học của chúng", Spoto nói. "Đó là những gì Gaia mang lại cho chúng ta".

Những giữ liệu mới này giúp chúng ta có thể tách ra các cấu trúc khác nhau trong Dải Ngân hà và xem chúng bao nhiêu tuổi. Bằng cách lập bản đồ hóa học của các ngôi sao và bằng cách đo chuyển động của chúng. Các phiên bản trước của cuộc khảo sát đã mô tả cách hàng triệu ngôi sao chuyển động, nhưng chủ yếu là theo hai chiều. Và hiện tại, với những gì vừa thu thập được, chúng ta đã có thể tìm hiểu được quỹ đạo 3-D đầy đủ từ 7 triệu lên 33 triệu ngôi sao.

Ngay cả khi các nhà thiên văn khai thác bộ dữ liệu mới nhất này, họ vẫn đang hướng tới nhiều cuộc săn tìm những điều mới mẻ trong tương lai. Và trong những năm tiếp theo, dữ liệu thu thập ử Gaia được kỳ vọng sẽ cho phép khám phá ra hàng nghìn ngoại hành tinh, tạo ra các phép đo hiếm về lỗ đen và giúp các nhà thiên văn học theo dõi tốc độ mở rộng của vũ trụ. Một phần là do Gaia được thiết kế để theo dõi chuyển động của các vật thể trong không gian và điều đó sẽ trở nên dễ dàng hơn khi thời gian trôi qua nhiều hơn. Vì vậy, các quan sát của Gaia sẽ mạnh mẽ hơn theo thời gian, giống như sự ví von của Savino - "rượu để càng lâu càng ngon".