Các thiên hà xoắn ốc khổng lồ có kiềm hãm sự hình thành những đám sao trẻ?

Ảnh ghép của 30 Doradus chụp bằng Kính thiên văn vũ trụ Hubble. Ảnh: NASA/John Trauger (Phòng thí nghiệm Sức đẩy phản lực)/James Westphal (Viện Công nghệ California)

Các nhà thiên văn ở Scotland và Đức cho biết cơ sở vật lí đơn giản có thể giải thích cho một nghịch lí tồn tại lâu nay: tại sao những đám sao trẻ có xu hướng cư trú trong những thiên hà tương đối nhỏ, chứ không có trong những thiên hà khổng lồ như Dải Ngân hà. Nguyên do, theo các nhà nghiên cứu trên, là vì các thiên hà xoắn ốc khổng lồ, như Dải Ngân hà, quay tròn nhanh, làm biến dạng các đám sao trước khi chúng lớn lên đến quy mô lớn.

Phức hợp 30 Doradus đẹp lộng lẫy là cái nôi sao trẻ sáng rỡ nhất trong Nhóm Địa phương – một tập hợp gồm vài tá thiên hà lân cận nhau, trong đó có Dải Ngân hà. Do đó, có khả năng là 30 Doradus cư trú trong một thiên hà ấn tượng, hoặc là thiên hà Tiên Nữ (Andromeda) hoặc là Dải Ngân hà, hai thiên hà lớn nhất trong Nhóm Địa phương.

Nhưng phức hợp 30 Doradus đẹp lộng lẫy lại nằm trong Đám mây Magellan Lớn, một thiên hà vệ tinh của Dải Ngân hà chỉ phát ra một phần mười lượng ánh sáng của thiên hà của chúng ta. Các ngôi sao mới chào đời của 30 Doradus làm cho chất khí sáng rực trên khu vực rộng 700 năm ánh sáng, đường kính gấp 30 lần tinh vân Orion nổi tiếng.

Ức chế bởi chuyển động quay

Carsten Weidner và Ian Bonnell ở trường Đại học St Andrews tại Fife và Hans Zinnecker thuộc Viện Thiên văn vật lí Potsdam vừa thực hiện các mô phỏng trên máy vi tính mô phỏng các đám mây khí phức tạp giữa các sao co lại để tạo thành các đám sao. Weidner cho biết, “Có vẻ như chuyển động quay làm kiềm hãm sự hình thành của những đám sao rất nặng”.

Các thiên hà xoắn ốc khổng lồ quay tròn nhanh. Thí dụ, Dải Ngân hà quay khoảng 230 km/s, và thiên hà Tiên Nữ lớn hơn còn quay nhanh hơn nữa. Trái lại, các thiên hà nhỏ hơn, như Đám mây Magellan Lớn, quay tròn chậm.

Đội của Weidner đã chạy bốn chương trình mô phỏng máy tính, mỗi chương trình với một tốc độ quay khác nhau. “Mỗi mô hình mất khoảng một tháng để tính toán”, Weidner nói. Trong các mô hình quay tròn nhanh, các ngôi sao và đám sao hình thành trên một khu vực rộng, vì chuyển động quay làm cản trở chất khí co lại thành một đám khổng lồ. Trái lại, trong mô hình quay tròn chậm nhất, chất khí co lại và khai sinh ra một đám sao khổng lồ duy nhất tại chính giữa. Mô hình đó có thể giải thích tại sao phức hợp 30 Doradus khổng lồ phát sinh trong một thiên hà nhỏ hơn nhiều so với thiên hà của chúng ta.

Các thiên hà va chạm

Công trình này còn áp dụng được cho các thiên hà đang va chạm. Weidner nói, “Trong vùng va chạm, bạn có ít sự hậu thuẫn chuyển động quay hơn, cho nên bạn trông đợi có những đám sao to nặng hơn”. Thật ra, các thiên hà Anten nổi tiếng – hai thiên hà xoắn ốc lớn đang lao vào nhau trong chòm sao Corvus – đã tạo ra các đám sao trẻ lớn hơn bất kì đám sao trẻ nào tìm thấy trong Dải Ngân hà hoặc thiên hà Tiên Nữ.

Bruce Elmegreen, một chuyên gia nghiên cứu sự hình thành sao tại Phân viện nghiên cứu IBM ở Yorktown Heights, New York, cho biết nghiên cứu trên là hấp dẫn, nhưng ông hoài nghi kết quả trên. “Sự liên hệ giữa chuyển động quay thiên hà và chuyển động quay đám mây phân tử là mơ hồ”, ông nói. “Chuyển động quay thiên hà có tương quan với chuyển động quay của các đám mây phân tử hay không? Tôi không rõ câu trả lời là như thế nào”. Weidner phản ứng rằng các thiên hà đang quay nhanh thật sự có các đám mây quay nhanh hơn, bởi vì các đám mây ấy tương tác với nhau.

Còn “áp suất nén” thì sao?

Elmegreen cũng cho biết 30 Doradus có lẽ còn có những yếu tố khác ngoài chuyển động quay chậm của thiên hà chủ của nó. Đám mây Magellan Lớn – cách Trái đất chỉ 160.000 năm ánh sáng – đang cày xuyên qua quầng vật chất của Dải Ngân hà. Chất khí trong quầng nén chất khí trong Đám mây Magellan Lớn, một quá trình gọi là “áp suất nén” có thể kích hoạt sự hình thành sao trong phức hợp 30 Doradus.

Weidner hiểu rằng áp suất nén có thể giữ một vai trò nào đó. “30 Doradus là một vật thể phức tạp”, ông nói, “và chúng tôi không khẳng định chúng tôi có thể giải thích từng chi tiết của nó. Chúng tôi chỉ nói có thể có một khuynh hướng liên quan đến chuyển động quay”.

Nguồn: physicsworld.com
Tác giả: Ken Croswell
Ngày: 02/11/2010