Vũ trụ tạo ra ít sao hơn dù 'nguyên liệu' vẫn dồi dào

Kính viễn vọng hình cầu khẩu độ 500 mét (FAST) của Trung Quốc. Ảnh: VCG

Theo Global Times, nghiên cứu cho thấy trong khoảng 4,5 tỷ năm qua, tốc độ hình thành sao trong vũ trụ giảm mạnh, nhưng nguồn hydro nguyên tử trung hòa, một trong những nguyên liệu quan trọng để tạo sao, lại tương đối ổn định. Phát hiện này cho thấy các thiên hà có thể không đơn giản là đang cạn kiệt nguồn khí cần thiết để hình thành những thế hệ sao mới.

Vì sao vũ trụ ngày càng tạo ra ít sao là một trong những câu hỏi lớn trong nghiên cứu về sự tiến hóa của các thiên hà. Một giả thuyết phổ biến cho rằng các thiên hà dần tiêu thụ lượng khí lạnh cần thiết cho quá trình hình thành sao. Nếu giả thuyết này đúng, lượng khí lạnh trong vũ trụ đáng lẽ cũng phải giảm tương ứng với tốc độ hình thành sao.

Hydro nguyên tử trung hòa được xem là một trong những nguồn cung cấp khí quan trọng cho quá trình này. Tuy nhiên, việc quan sát loại khí này rất khó bởi tín hiệu vô tuyến ở bước sóng 21 cm mà nó phát ra cực kỳ yếu, đặc biệt khi đến từ những thiên hà ở xa.

Các nghiên cứu trước đây vì thế thường bị giới hạn bởi diện tích quan sát nhỏ hoặc độ nhạy chưa đủ để phát hiện tín hiệu yếu từ những thiên hà xa xôi.

Để khắc phục những hạn chế trên, các nhà khoa học Trung Quốc sử dụng Kính viễn vọng vô tuyến khẩu độ cầu 500 m (FAST) kết hợp với Dụng cụ Quang phổ Năng lượng Tối (DESI) đã phát hiện một manh mối mới giúp lý giải nguyên nhân vũ trụ ngày càng hình thành ít sao.

Nghiên cứu phân tích khoảng 2,5 triệu thiên hà, trải rộng trên gần một phần ba bầu trời. Thay vì cố gắng phát hiện tín hiệu hydro từ từng thiên hà riêng lẻ, họ căn chỉnh rồi cộng gộp những tín hiệu yếu dựa trên độ dịch đỏ của các thiên hà. Phương pháp này giúp làm nổi bật tín hiệu hydro trung bình vốn quá yếu để quan sát trực tiếp ở từng thiên hà.

Theo kết quả nghiên cứu, khoảng 4,5 tỷ năm trước, tốc độ hình thành sao của vũ trụ cao gấp khoảng 2,5 lần hiện nay. Trong khi đó, mật độ hydro nguyên tử trung hòa chỉ cao hơn hiện tại khoảng 1,4 lần.

Sự chênh lệch này mang ý nghĩa đáng chú ý: tốc độ hình thành sao đã giảm nhanh hơn nhiều so với mức suy giảm của nguồn hydro nguyên tử trung hòa.

Phát hiện trên cho thấy vũ trụ không đơn thuần đang "hết nhiên liệu" để tạo sao. Nếu nguồn hydro vẫn tương đối dồi dào nhưng số sao mới hình thành giảm mạnh, vấn đề có thể nằm ở cách các thiên hà sử dụng nguồn khí này.

Nói cách khác, các thiên hà dường như vẫn sở hữu một lượng đáng kể hydro nguyên tử trung hòa, nhưng ngày càng kém hiệu quả trong việc chuyển hóa nguồn khí đó thành những ngôi sao mới.

Kết quả này mở ra một hướng tiếp cận mới đối với câu hỏi về sự suy giảm kéo dài của hoạt động hình thành sao, đồng thời cung cấp thêm manh mối để tìm hiểu quá trình tiến hóa của các thiên hà trong vũ trụ.

Các nhà khoa học hiện cần làm rõ điều gì đang cản trở quá trình chuyển đổi hydro thành sao. Những thay đổi trong môi trường thiên hà, cơ chế làm lạnh khí, hoạt động của các lỗ đen siêu lớn hay những quá trình phản hồi khác có thể đóng vai trò trong việc khiến quá trình hình thành sao ngày càng kém hiệu quả.

Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm khoa học quốc tế, trong đó có các nhà nghiên cứu thuộc Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Trung Quốc (NAOC) và Đài quan sát Thiên văn Thượng Hải (SHAO), đều thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cùng Đại học Giao thông Thượng Hải và một số cơ sở nghiên cứu khác.