Quy mô của vũ trụ rất khó hình dung nếu nhìn từ góc độ của con người. Nhiều khi, những con số đơn giản là vượt ngoài khả năng trực quan của bộ não vốn tiến hóa để nhận biết và xử lý thế giới xung quanh, chứ không phải để hình dung sự phức tạp của động lực học sao hay các vụ sáp nhập thiên hà.
Tuy nhiên, đôi khi các nhà thiên văn lại phát hiện những hiện tượng mà nếu có thể hình dung được các con số liên quan, chúng sẽ giúp chúng ta cảm nhận rõ hơn về sự bao la của vũ trụ. Đó chính là điều mà một nghiên cứu mới, hiện được đăng dưới dạng tiền in trên arXiv (máy chủ lưu trữ các bản thảo nghiên cứu khoa học trước khi được bình duyệt), do Z. L. Wen thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu, muốn truyền tải khi mô tả một vụ sáp nhập không phải giữa một hay hai, mà là sáu thiên hà siêu khối lượng, cùng những quá trình động lực học dữ dội đang diễn ra bên trong.
Thực tế, nghiên cứu này không phải là công trình đầu tiên phát hiện cụm thiên hà nói trên. Điều đó đã được thực hiện từ năm 2018 nhờ nhiều chương trình khảo sát toàn bầu trời, bao gồm Two Micron All Sky Survey (2MASS), WISE và SuperCOSMOS. Tuy nhiên, đây là nghiên cứu đầu tiên xác định rằng tại trung tâm của cụm thiên hà này tồn tại một nhóm gồm sáu thiên hà đang sáp nhập. Chi tiết này được phát hiện nhờ dữ liệu từ khảo sát hình ảnh của Thiết bị quang phổ năng lượng tối (Dark Energy Spectroscopic Instrument - DESI). Sử dụng dữ liệu từ các kính thiên văn Mayall, Bok và Blanco tại Arizona (Mỹ) và Chile, nhóm nghiên cứu xác định được sáu thiên hà khối lượng lớn đang hợp nhất thành một thiên hà siêu khối lượng lớn, thường được các nhà thiên văn gọi là BCG (Brightest Cluster Galaxy) - thiên hà sáng nhất trong một cụm thiên hà.
Bao quanh hệ thiên hà đang sáp nhập này, khảo sát DESI còn phát hiện một vùng ánh sáng nội cụm (Intracluster Light - ICL) trải rộng khoảng 310 kiloparsec (khoảng 1 triệu năm ánh sáng). Đây là một "lớp sương" phát sáng gồm các ngôi sao đã bị lực hấp dẫn dữ dội trong quá trình sáp nhập tách khỏi các thiên hà chủ của chúng. Các nhà thiên văn học tìm thấy cụm sao này đã phải loại bỏ ánh sáng từ chính các thiên hà trước khi họ có thể quan sát được hiệu ứng dư âm của quá trình hợp nhất.
Cho đến đây, những con số có lẽ vẫn chưa quá khó tin. Sáu thiên hà nghe có vẻ không nhiều, còn đơn vị kiloparsec vẫn chỉ là một đơn vị đo khoảng cách. Nhưng khi nhìn vào khối lượng của chính các thiên hà đó, người ta mới thực sự nhận ra quy mô của vụ sáp nhập này.
Có tới năm trong số các thiên hà có khối lượng vượt 10^11 lần khối lượng Mặt Trời. Nói cách khác, mỗi thiên hà chứa vào khoảng 100 tỷ ngôi sao. Và có tới năm thiên hà như vậy đang hợp nhất cùng lúc, cùng với một thiên hà thứ sáu nhỏ hơn đôi chút. Tổng khối lượng của thiên hà sau khi quá trình sáp nhập hoàn tất được ước tính đạt khoảng 1,16 × 10^12 lần khối lượng Mặt Trời, cao hơn khoảng 2,6 độ lệch chuẩn so với giá trị mà các mối quan hệ thực nghiệm hiện nay dự đoán đối với những cụm thiên hà cùng loại. Tất nhiên, quá trình sáp nhập này sẽ cần khoảng 800 triệu đến 1,9 tỷ năm mới hoàn thành. Nhưng khi kết thúc, nó sẽ tạo nên một trong những thiên hà lớn nhất từng được biết đến.
Nếu quy mô đã đủ ấn tượng thì xác suất xảy ra hiện tượng này còn đáng chú ý hơn. Các tác giả của nghiên cứu trên máy chủ tiền in arXiv đưa ra một con số rất nhỏ: 1/52.803. Họ đã khảo sát 52.803 cụm thiên hà ở tương đối gần bằng dữ liệu từ DESI và phát hiện rằng chỉ có một cụm mang tên WHY J0501+01, chứa hơn bốn thiên hà đang sáp nhập. Ngay cả những vụ sáp nhập giữa bốn thiên hà cũng rất hiếm, khi chỉ có 12 trường hợp được biết đến, trong khi cùng mẫu khảo sát ghi nhận tới 2.233 vụ sáp nhập giữa hai thiên hà.
Ngoài việc thống kê các con số này, nghiên cứu còn chỉ ra một đặc điểm quan trọng của cụm thiên hà: hệ thiên hà này chưa đạt trạng thái cân bằng động (unrelaxed). Đây là một thuật ngữ khá nhẹ nhàng để mô tả những quá trình cực kỳ dữ dội đang diễn ra tại nơi sáu thiên hà khổng lồ va chạm, nơi các ngôi sao bị lực hấp dẫn mạnh mẽ hất văng khỏi thiên hà của chúng. Để chứng minh điều này, nhóm nghiên cứu sử dụng Kính viễn vọng theo dõi tia X (Follow-up X-ray Telescope, viết tắt là EP-FXT) trên Einstein Probe và phát hiện lượng plasma siêu nóng bao quanh khu vực sáp nhập đang dao động mạnh, cho thấy hệ thiên hà vẫn đang trải qua những biến động dữ dội. Họ cũng phát hiện một đuôi plasma, nhiều khả năng được hình thành bởi chính vụ va chạm này.
Cuối cùng, những khảo sát chi tiết về các trường hợp cực đoan như cụm thiên hà có xác suất chỉ 1 trên 52.803 này sẽ giúp các nhà thiên văn hiểu rõ hơn quá trình hình thành những thiên hà lớn nhất trong vũ trụ. Vì các vụ sáp nhập như vậy chỉ diễn ra trong một khoảng thời gian tương đối ngắn trên thang thời gian vũ trụ, việc quan sát được một hệ ngay trong lúc quá trình này đang diễn ra sẽ cho phép các nhà thiên văn theo dõi sự tiến triển của nó và cải thiện hiểu biết về quá trình sáp nhập thiên hà nói chung - một quá trình mà chính cụm thiên hà chứa thiên hà Milky Way cũng có thể sẽ trải qua trong tương lai. Với những gì đang xảy ra trong vụ sáp nhập của WHY J0501+01, có lẽ việc được quan sát một sự kiện như vậy từ bên ngoài là điều may mắn hơn nhiều.
Nguyễn Đình Nam
Theo Universetoday
