Hồ SO
K
hi chì quansát thủy triều trên Trái đất, chúng ta khó có thề hình dung được lực thủy triều cóvai trò thếnào trong lịchsử. Trên
thực tế, lựcthúy triều ảnh hường tới lịch sứ ờ mọi cấpđộ khácnhau: nếu ờ sông Bạch
Đăng năm 938, thứ lựcnày đà hồ trợ cho người Việt giành độclập và chấm dứthon
1000 nămBẳcthuộc, thì ở rìa cùadảiNgân Hà,nólại xé tan các thiên hànhỏ và kéo chúng về phía thiên hàcủa chúng ta. biến các vật thê xấusổnày thành các vệ tinh mãi mãi “vào luồnracúi” quanh dài Ngân Hà.
Trong vài thập kỷ trở lại đây, các lý thuyết và quansát mớicòn chứng minhđược một sức mạnh khác cùalựcthuỷ triều: tạora các thiên hà riêng biệt mà chẳngphụ thuộc vào vậtchất tối.
Sự muôn năm cũ kể chi bây giờ?
Viền cành lực thủy triều dần đến sự hình thành cùa các thiên hà riêng biệtthực chất khôngphải là một ý tường mới. Từ năm
1956, trước ca khi Vera Rubin và cộng sựtìm được băng chứng quan sát cho vật chất tối.nhàthiên vãn người Thụy Sĩ Fritz Zwicky đà đưara già thuyết ràng lựcthủy triêu giừa các thiên hàcókhanănghút một phần saovà khí của các thiên hà này rồi gom lại thành các thê lùn ờ xung quanh. Tuy nhiên, sau khi các lý thuyếtmới về vật chất tối được phát triển vàbồiđắptrong các thập kỳ tiêptheo, dường như toàn bộcộng đồng thiên vănhọcđêuquay lưng lại với ý tường cua Zwicky vì họ khôngthêhìnhdung được một quá trình tiên hóa thiên hàmà khôngcó sự đóng góp củavật chất tối. Nói theo cách của triết họckhoa học, bằng chứng vềvật chất tối đã dần đếnmột sựdịchchuyển mầu hình(paradigm shift) ờ ngành thiên vănhọc, trong đóý tườngcùa Zwicky tườngchừng như “lạcquẻ” so với các lý thuyếtmới về sự hình thành thiên hà nên không được nhiều người đê tâm.
Vào đầu thậpniên 1990, mộtphát hiện mới đà buộc nhiêu ngườiphài xem xét lại giảthuyết cũ cùa Zwicky. Trong chòm sao
o
Nha (Corvus) có tồn tạiThiên hà Râu (Antennae Galaxies)- hai thiên hà không lôđang hợp vào làmmột do tác động củaThiên hàRáu,một cặpthiên hà bịlực thủy triều làm cho xoàn vào nhau.Ành: SSRO/PROMPT/CTIO.
HƯỚNG TỚI MỘT ĐỊNH NGHĨA
Thiên há mới
(Kỳ 3)Nguyền Bình
lực thủy triều - và khinhómcùa Igor Mirabel quan sát một đuôi thủy triều củacặp thiên hà này,họ đàđê ý thấy một vật thê lạ năm ờ ngay bêncạnh. Đây là một hệsao nhỏ, trong đó các ngôi sao còntré hơn cả đuôi thủy triều lân cận, nghĩa là chúng đà được sinh ra ngay tại chồ chứ khôngphàilà các ngôi sao tùng thuộcThiên hàRâu nhưng đàbị lựcthủy triêu“đá” ra xa. Sau khi đođạcđộ sáng và tông khối lượng vậtchất thông thường của vậtthể kỳlạ này, nhómcuaMirabel nhận thấy chúng tương đương với độ sáng và tôngkhôi lượng vật chất thông thườngcủa các thiên hà lùn vô địnhhình (dwarf irregular galaxy).Trong bàinghiêncứuxuât bànnăm 1992, nhóm của Mirabel kết luận rằngvật thếnày đúnglà mộtthiênhà lùn, và có thể đà đượchình thành ngay trong môi trường hồnđộnxung quanhhai thiên hàkhông lồ va chạmvớinhau. Nhừng phân tíchcủa các nhóm nghiên cứu kháccũng đồng ý với già thuyêt cùanhóm Mirabel, và thuật ngừ “thiên hà lùn thủy triều” (tidal dwarf galaxy) nhanhchóng đượctạo ra đê miêu tà nhữngthứ tương tự như vật thê ờ rìa Thiênhà Râu. Songtrong các cuộc thào luậnvề định nghĩa thiên hà, nhiều nhà thiên vănhọc chỉ gọi các vật thểnàylà “thếlùn thủy triêu” (tidal dwarf) nhàm đàmbảo tính trung lập.
Ngọn nước thủy triều chảy xuôi
Đếnnay, cácnhà thiên vãnhọc đã quansát được thêm
40
TiaSáng www.tiasang.com.vn SỐ 19. NGÀY 05.10.2021HỒ Sơ
nhiều thiên hà lùn thủy triều khác và từ đó có một nềntàng lýthuyết vừng chắc về loại vậtthể này.
Trong một bàinghiêncứu tiêu biêu xuất bản năm 2000,nhómcủa Pierre-Alain Due đà định nghía thiên hà lùn thủy triều là “một thế hệ thiên hà mới”
(a new generation ofgalaxies) được sinh ra khi các ngôi sao vàcác mảnh khívụn bị lựcthủy triều giừa các thiên hàkhông lô“cuốntrôi” ravùng lân cận.
Dựatrên địnhnghĩa đó,vào nãm 2012, nhóm nghiên cứucủa Sugata Kaviraj đã phân tích dừ liệu quan sát và nhận thấy sựđa dạng trong quá trình hình thành thiên hà lùnthủy triều. Ví dụ,nếunhư một thiên hà lùnthủy triều đượchình thành ở phía cuối đuôi thủy triều (tidaltail), thiên hà nàỵ sẽ nặng gấp bốn lần so với các thiên hà lùnthủy triêu hình thành ở phân đâu.
net’llnotion(JZ0OO)
_______________m (J200Q)
Thiênhà NGC7252,vớihai thiên hà lùnđang được hình thành ở cuối hai đuôi thùỵ triéu. Ảnh đã điều chình độ bão hòa cùaBraine và cộng sự (2001).
Ngoài ra,một thiên hà lùn thủy triều hoàntoàncó thê chứa một hồn họp các sao mớivà sao cù,trong đó sao mớiđượchình thành sau khi lượng khí từcác thiên hàlớn đàbị húthẳn rangoài,còn saocù thì vốn dì đà tồn tại sằn trong thiên hà lớn, nhưngbị lực thủy triều từ bên ngoài kéo đi mất bời lực hútcủa thiên hà lớn không đủmạnh. Cóthê nói, sự hình thành các thiên hà lùnthủy triều là một quá trình ngầunhiên, phụ thuộc vào các yếu tố như vị trí xảy ra và khả năng “xâu xé” cùa lực thủytriêu.
Song song với sự đa dạng về cách hìnhthành, các thiên hà lùn thủy triều cùng thê hiện mộtdiêm chung rỗ rệt: sự thiếu hụt, nêu khôngnóilà sự vãng mặt hoàntoàncủa vật chất tối. Vào năm 2001, Jonathan Braine và cộng sự đàphân tích ánh sáng của lượng
carbon monoxit được thai ra từtám thiênhà lùn thủy triềukhác nhau, rồi dựavào đó đế tínhtoán xem phầnkhối lượng tham gia vào các quá trình động học ờ các thiên hànày cóthê lớn đên đâu. Sau khi so sánh phần “khối lượng động học”(dynamical mass) nàyvới phần “khối lượngnhìn thâyđược”(visible mass), nhóm cùa Braine nhận thấy ràng hai kết quà gần như không có sựchênh lệch, nghía là không hề cóchuyệnvật chấttối chi phối chuyên động ớ tám thiên hà nêu trên, hay nói cách khác là các thiên hà này khônghề chứa vật chất tối. Ý tưởngnày dần đến một giảthuyết thú vị: khi lực thủy triều kéo vật chất ra khởi các thiên hà khổng lồ, rất cóthê vật chấttối đà khôngbịkéo theo cùng với vậtchấtthông thường.
Nếu các nhà thiên vănhọc có thể thuthậpđượcbàng chứng xác đángcho già thuyết này, họ sè xua tan được ngay một sự ngộnhậnthường thấy về vật chất tối rằng vật chất tối luônluôn đi kèm với vậtchất thông thường. Vớimột tiềmnăng như thế, các thiên hàlùn thủy triều sè là mộtchuđề nghiên cứu đầy hứa hẹn.
Biết có vuông tròn cho chăng?
Tuy nhiên,quá trình hình thành kỳ lạ cùa các thiên hà lùn thủy triều lại đặt ramột câuhỏimớicho các nhàthiên vănhọc: liệu có cách nào liên hệđượcquá trình nàyvới các lýthuyết sằn có về sự hình thành thiên hàhaykhông?Có phải sự hình thành thiên hà từ lực thủy triều chi là một trườnghọp ngoại lệ, tách biệt hoàn toàn khỏi cách các thiên hàthông thường đượctạo ra?
Trong nghiên cứu đà dầnờ trên của Jonathan Braine và cộngsự, nhóm tác giả này thêhiện một quan điểm rõ ràng: hầuhết các thiênhà lùnđều giàu vật chất tối, nghía là chúng không phải sàn phâm cúa sự tươngtácthúytriều. Mộtthập kỳsau, nhóm của Sugata Kavirajquyết định đi sâu hơn,nênđàdành một phân riêngtrong bài nghiên cứu cùa mình đêtìm hiểu mức độ “cống hiến” cùaquá trình hình thành thiên hà lùnthủy triều đối với lượng thiên hà lùn ngày nay. Dựavàokhối lượng, cũngnhư làtỷ lệ sông sót củacác thiên hà lùn thủy triều sau khi đượchình thành, Kaviraj và cộng sự kếtluận ràngkhoảng6%
các thiênhà lùn ngàynay có thể có nguồn gốc từ các tương tác thủytriều. Song consố nàycũng chì là một ước tínhdựatrêngiả địnhrằng tỹ lệ sàn sinh thiên hà
lùn thủy triều đà từng rất cao ờ“thuở hồnghoang”
củavù trụ. Consố thực tế hoàn toàncóthê nhóhơn, nghĩa làthật khó đê nói ràngtoàn bộquần thê thiên hà lùnmà chúng ta thây ngàynay đêu được sinh ra từ lực thúy triều cùa các sựkiện họp nhất thiên hà (galaxy merger) trong quá khứ. Sựchàođờicủa các
Số 19. NGÀY 05.10.2021 www.tiasang.com.vn TtaSóng
41
Hồ Sơ
thiên hà lùn thủy triều giống nhưmột trường hợp ngoại lệ, chứ không phải một mành ghépmớitrong bức tranhvề sự hình thànhthiên hà nói chung.
Hày cùngtrờlạivấn đề định nghía thiên hà. Nếu như ờ kỳ trước, việc các vậtthê NGC 1052-DF2 và NGC 1052-DF4 bị lựcthủy triều cướp mất vật chất tối đàgiúpchúng ta thấy được ràng định nghĩathiên hà hiện tại không cân nhẳcđen nhừngthay đổitheo thờigian, thì ờ kỳ này, dường như các thiên hà lùn thủy triêu khôngthựcsự“thách thức” đượcđịnh nghíađó. Quà thật là định nghĩa thiên hà hiện tại lấy vai trò củavật chấttối trong sự hình thành thiên hà làm cốtlõi, và ở các thiên hà lùnthủy triều thì vật chấttối không có vaitrò đó, nhưng các nhà thiên văn học hoàn toàn cóthêdồn các thiên hà lùn thủy triều
Một sựkiện hợp nhất thiên hà trong chòmsaoLạp Khuyển (Canes Venatici).
Ành:NOÍRLab/Gemini Observatory/AURA.
vào một gócvì nguồn gốc và đặc điểm củachúng quá khác biệt sovới các thiên hàthông thường.
Theo hai tácgiả Beth Willman và Jay Strader, các thiên hà lùn thủytriều, hay như họ gọi là các “thể lùn thúy triêu”, nên đượcxếpvàomột nhómvật thể riêng biệt, tách ra khỏi nhóm “thiên hà” để khỏigây tranh cài vê vai trò của vật chất tối.Tuynhiên,phần đông các nhà thiên vănhọcvầnchọn gọi các vật thê này là “thiên hà lùn”, đơn giản là bời vì chúng có hình dạng, kích thước vàcơ chê hoạt độnggiống như các thiên hà lùn thôngthường. Bằng sự ưa thích này. dường như các nhà thiên vănhọc đang gợi lại phương pháp nhậndạng “nhìnlà biết”đê dùngcho một mình các thiên hàlùn thủytriều.
Nói tóm lại, câu chuyện về định nghía thiênhàcó thê được góigọnnhư sau:
- Ờ nừa sau cùathếkỳ XX, định nghía thiên hà đà chuyên từ “nhìn là biết” thành một thứ hoàn chình hơn,xoay quanh một loại vật chất mang tính già thuyếtđược gọi là vật chất tổi (dark matter). Theo định nghía mới, mồi thiên hà đượchình thành và tồn tại trong mộtquầng vật chất tối(dark matter halo).
Điềunày chophép các thê lùnsiêu tối(ultra-faint dwarf) và thể lùn siêuđặc(ultra-compactdwarf)gia nhậpdanhsách các thiên hà, chứ khôngcòn bị bỏ qua chỉ vìphươngpháp “nhìnlà biết” không thê áp dụngđượccho chúng.
- Đến cuối nhừngnăm 2010, một sốthể lùn đà gây khó dềcho định nghĩa thiên hà hiện tại. Các thê lùn này có các đặc điềm tươngtự như các thiên hà siêukhuếchtán(ultra-diffuse galaxy), songrất ít hoặc không có vật chấttối. Dù cácphépđovật chất tối trong các nghiêncứu này vầncòngây tranh cài, một lời giãi thích cho sựthiếu vắng vậtchất tối dần dân được chấp nhận: các thểlùnnày đúnglà các thiên hà siêu khuêch tán, nhưng chúng đà mất vật chât tôido tương tác thủy triêu với các thiên hàkhác.
Theođó, định nghĩa thiên hà hiện tạivần phùhợp với chúng, nhưng cân được xem xét lại đêbao hàm sựtiến hóa thiên hà.
- Một nhóm các thể lùn khác,thườngđượcgọi là thiên hà lùn thủy triều (tidal dwarfgalaxy) hoặc thể lùn thủy triều (tidal dwarf), dường như tách biệthẳn so với địnhnghía thiên hà hiện tại. Cácthể lùn này không nhừng khôngchứa vật chấttối, mà cònhình thành hoàntoàndolựcthúytriều, không cần sựcan thiệpcủa vật chât tôi. Đà cóýkiến đề xuất gộp các thê lùn nàyvàomột nhóm riêng,không phải cụmsao cũng không phai thiên hà, song nhiều nhà thiên văn họcvầnnhận dạng chúng là thiên hàtheo kiểu “nhìn là biết”.
Như vậy, chúng ta đà nắm được lập trường của thiên vănhọcngày nay vê định nghĩathiên hà. Trong kỳ cuối củachuyênđề này, hãycùngxem xétvài định nghĩa thiên hà thay thếmà một số nhàthiên văn học đà đềxuất,rồikết thúc bàng việc đặtcâu hỏi: thế nàolà một định nghìa?n
Braine, J., Duc. P.A., Lisenfeld, u., et ai. (2001), “Abundant molecular gas in tidal dwarf galaxies: On-going galaxy formation”, Astronomy & Astrophysics, 378(1), pp. 51-69.
Duc, P.A., Brinks, E., Springel, V., et al. (2000), “Formation of a tidal dwarf galaxy in the interacting system Arp 245 (NGC 2992/93)”, The Astronomical Journal, 120(3), pp. 1238.
Kaviraj. s.. Darg. D.. Lintott, c., Schawinski. K. and Silk, J.
(2012), “Tidal dwarf galaxies in the nearby Universe”, Monthly- Notices of the Royal Astronomical Society, 419(1), pp. 70-79.
Mirabel, I.F., Dottori. H.A. and Lutz, D. (1992), “Genesis of a dwarf galaxy from the debris of the Antennae”, Astronomy and Astrophysics 256(1), pp. LI9.
