Ngày: 8/9/2021

Nguồn: Đại học Geneva (Université de Genève )

Tóm tắt:

Để hiểu rõ hơn về lịch sử và sự tiến hóa của Dải Ngân hà, các nhà thiên văn học đang nghiên cứu thành phần của các chất khí và kim loại cấu thành một phần quan trọng của thiên hà chúng ta. Ba nguyên tố chính nổi bật: chất khí ban đầu đến từ bên ngoài thiên hà của chúng ta, chất khí tồn tại giữa các ngôi sao bên trong thiên hà - được làm giàu bằng các nguyên tố hóa học - và bụi được tạo ra bởi sự ngưng tụ của các kim loại có trong khí này. Cho đến nay, các mô hình lý thuyết cho rằng ba nguyên tố này được trộn lẫn một cách đồng nhất trong Dải Ngân hà và đạt đến mức độ làm giàu hóa học tương tự như bầu khí quyển của Mặt trời, còn được gọi là Tính kim loại của Mặt trời. Ngày nay, một nhóm các nhà thiên văn học từ Trường Đại học Geneva (UNIGE) đã chứng minh rằng các khí này không bị trộn lẫn nhiều như người ta nghĩ trước đây, điều này có tác động mạnh mẽ đến sự hiểu biết hiện tại về sự tiến hóa của các thiên hà. Do đó, các mô phỏng về quá trình tiến hóa của Dải Ngân hà sẽ phải được sửa đổi. Các kết quả này có thể được tìm thấy trong tạp chí Nature.

Ảnh minh họa: Các đám mây và dòng khí nguyên sinh vũ trụ (màu đỏ tím) tích tụ vào dải Ngân hà, nhưng khí này không hòa trộn hẳn nhau trong đĩa Thiên hà, như được thể hiện trong vùng lân cận Mặt trời (phóng to). © Tiến sĩ Mark A. Garlick

Các thiên hà được tạo thành từ một tập hợp các ngôi sao và được hình thành do sự ngưng tụ khí của môi trường giữa các thiên hà bao gồm chủ yếu là hydro và một chút heli. Khác với các khí trong thiên hà, loại khí này không chứa các kim loại - trong thiên văn học, tất cả các nguyên tố hóa học nặng hơn heli được gọi chung là "kim loại", mặc dù chúng là nguyên tử ở thể khí. "Các thiên hà được cấp năng lượng bởi khí 'nguyên chất' rơi vào từ bên ngoài, làm trẻ hóa chúng và cho phép các ngôi sao mới hình thành", Annalisa De Cia, một giáo sư Khoa Thiên văn tại Khoa Khoa học UNIGE và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết. Đồng thời, các ngôi sao đốt cháy hydro trong suốt cuộc đời của chúng và tạo thành các nguyên tố khác thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân. Khi một ngôi sao đạt đến điểm phát nổ, nó sẽ phóng các kim loại mà nó đã tạo ra, chẳng hạn như sắt, kẽm, carbon và silicon, đưa những nguyên tố này vào khí của thiên hà. Những nguyên tử này sau đó có thể ngưng tụ thành bụi, đặc biệt là ở những nơi lạnh hơn, dày đặc hơn của thiên hà. "Ban đầu, hơn 10 tỷ năm trước khi Dải Ngân hà được hình thành, nó hoàn toàn không chứa kim loại. Sau đó, các ngôi sao dần dần làm giàu môi trường bằng các kim loại mà chúng phóng ra ", bà nói thêm. Khi lượng kim loại trong khí này đạt đến mức bằng với mức của Mặt trời, nghĩa là đã đạt tới ngưỡng Tính kim loại của Mặt trời.

Một môi trường không quá đồng nhất

Môi trường tạo nên Dải Ngân hà do đó là tập hợp các kim loại do các ngôi sao giải phóng ra, các hạt bụi hình thành từ các kim loại này, cũng như các khí từ bên ngoài thiên hà thường xuyên xâm nhập vào. "Cho đến nay, các mô hình lý thuyết cho rằng ba nguyên tố này được trộn lẫn một cách đồng nhất và đạt đến tính kim loại của Mặt trời ở khắp mọi nơi trong thiên hà của chúng ta, với sự gia tăng nhẹ về tính kim loại ở trung tâm, nơi có nhiều ngôi sao hơn", Patrick Petitjean, một nhà nghiên cứu tại Institut d'Astrophysique de Paris, Đại học Sorbonne, cho biết. "Chúng tôi muốn quan sát chi tiết việc này bằng cách sử dụng máy quang phổ tử ngoại trên Kính viễn vọng Không gian Hubble."

Quang phổ cho phép ánh sáng từ các ngôi sao được phân tách thành các màu hoặc tần số riêng lẻ, tương tự như lăng kính hoặc cầu vồng. Trong ánh sáng phân tách này, các nhà thiên văn học đặc biệt quan tâm đến các vạch hấp thụ: "Khi chúng ta quan sát một ngôi sao, các kim loại tạo nên chất khí giữa ngôi sao và chính chúng ta hấp thụ một phần rất nhỏ của ánh sáng theo cách đặc trưng, ​​ở một tần số cụ thể, điều này cho phép chúng ta không chỉ xác định được sự hiện diện của chúng mà còn cho biết đó là kim loại nào, và khối lượng nó dồi dào như thế nào ", ông nói thêm.

Một phương pháp mới được phát triển để quan sát tổng tính kim loại

Trong 25 giờ, nhóm các nhà khoa học đã quan sát bầu khí quyển của 25 ngôi sao bằng cách sử dụng Kính thiên văn Hubble và Kính Viễn Vọng Rất lớn (VLT) ở Chile. Vấn đề ở đây là gì? Các nhà khoa học không thể đếm được bụi bằng các máy quang phổ này, mặc dù chúng nó có chứa kim loại. Do đó, nhóm của Annalisa De Cia đã phát triển một kỹ thuật quan sát thiên văn mới. "Nó liên quan đến việc tính đến tổng thành phần của khí và bụi bằng cách quan sát đồng thời một số nguyên tố như sắt, kẽm, titan, silicon và oxy" Bà giải thích. "Sau đó, chúng tôi có thể theo dõi số lượng kim loại có trong bụi và thêm vào số lượng đã được định lượng bởi các quan sát trước đó để tính được tổng số."

Nhờ kỹ thuật quan sát kép này, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng không chỉ môi trường của Dải Ngân hà không đồng nhất, mà một số khu vực được nghiên cứu chỉ đạt được 10% ngưỡng Tính kim loại Mặt trời. "Khám phá này đóng vai trò quan trọng trong công tác thiết kế các mô hình lý thuyết về sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà". Jens-Kristian Krogager, nhà nghiên cứu tại Khoa Thiên văn của UNIGE cho biết. "Từ bây giờ, chúng tôi sẽ phải tinh chỉnh các mô phỏng bằng cách tăng độ phân giải, để có thể thêm vào những thay đổi này về tính kim loại tại các vị trí khác nhau trong Dải Ngân hà."

Những kết quả này có tác động mạnh mẽ đến sự hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của các thiên hà nói chung và của chúng ta nói riêng. Thật vậy, kim loại đóng một vai trò cơ bản trong việc hình thành các ngôi sao, bụi vũ trụ, các phân tử và hành tinh. Và bây giờ chúng ta biết rằng các ngôi sao và hành tinh mới có thể được hình thành như ngày nay là từ các chất khí với các thành phần rất khác nhau.

** Xem bài viết trên tạp chí Nature

Link bài viết nguồn: https://www.unige.ch/sciences/astro/en/news/voie-lactee-pas-homogene/