Phát hiện “thiên hà ma” cách Trái Đất 300 triệu năm ánh sáng và chứa đến 99% vật chất tối

Các nhà thiên văn vừa phát hiện một thiên hà kỳ lạ gần như được cấu thành hoàn toàn từ vật chất tối. Thiên hà mờ ảo này chỉ lộ diện nhờ bốn cụm sao cầu ẩn mình trong cụm thiên hà Perseus.

Phần lớn các thiên hà trong vũ trụ rực sáng với hàng tỷ ngôi sao. Tuy nhiên, tồn tại một nhóm hiếm hoi gần như “vô hình” vì độ sáng bề mặt cực thấp. Những thiên hà này chứa rất ít sao và phần lớn khối lượng của chúng là vật chất tối, khiến việc phát hiện trở nên vô cùng khó khăn.

Một trong những ví dụ đặc biệt nhất vừa được ghi nhận có tên CDG-2. Đây có thể là một trong những thiên hà bị vật chất tối chi phối mạnh nhất từng được xác định. (Vật chất tối là dạng vật chất vô hình, không phản xạ, không phát ra và cũng không hấp thụ ánh sáng.) Phát hiện này đã được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters.

Tìm thiên hà thông qua các cụm sao cầu

Do phát ra rất ít ánh sáng, những thiên hà dạng này gần như không thể quan sát trực tiếp. Nhà nghiên cứu David Li từ Đại học Toronto (Canada) cùng nhóm của mình đã sử dụng phương pháp thống kê phức tạp để tìm kiếm các mẫu hình thay vì dựa vào độ sáng.

Họ tập trung vào các cụm sao cầu – những tập hợp sao dày đặc, có dạng hình cầu, thường quay quanh các thiên hà lớn hơn. Sự xuất hiện theo cụm chặt chẽ của các sao cầu có thể đóng vai trò như bằng chứng gián tiếp cho sự tồn tại của một thiên hà mờ nhạt phía sau.

Bằng chiến lược này, nhóm đã xác định được 10 thiên hà có độ sáng bề mặt thấp vốn đã được biết đến trước đó, đồng thời phát hiện thêm hai ứng viên mới có thể thuộc nhóm “thiên hà tối”.

Để xác nhận một trong hai ứng viên, các nhà thiên văn đã sử dụng dữ liệu từ ba đài quan sát lớn: Hubble Space Telescope của NASA, đài quan sát không gian Euclid của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), và Subaru Telescope tại Hawaii.

Ảnh độ phân giải cao từ Hubble cho thấy bốn cụm sao cầu nằm sát nhau trong cụm thiên hà Perseus Cluster, cách Trái Đất khoảng 300 triệu năm ánh sáng.

Khi kết hợp dữ liệu từ Hubble, Euclid và Subaru, nhóm nghiên cứu phát hiện một quầng sáng mờ kéo dài bao quanh bốn cụm sao này. Vầng hào quang mờ nhạt đó chính là bằng chứng thuyết phục cho thấy bên dưới là một thiên hà trước đây chưa từng được quan sát thấy.

David Li cho biết: “Đây là thiên hà đầu tiên được phát hiện chỉ dựa trên quần thể cụm sao cầu của nó. Theo những giả định thận trọng nhất, bốn cụm sao này đại diện cho toàn bộ hệ cụm sao cầu của CDG-2.”

Một thiên hà chứa tới 99% vật chất tối

Các ước tính ban đầu cho thấy CDG-2 có độ sáng tương đương khoảng 6 triệu ngôi sao giống Mặt Trời. Riêng bốn cụm sao cầu đã chiếm khoảng 16% tổng lượng ánh sáng nhìn thấy được của thiên hà này.

Điều gây ấn tượng mạnh hơn là khoảng 99% tổng khối lượng của CDG-2 – bao gồm cả vật chất thường và vật chất tối – dường như là vật chất tối.

Phần lớn vật chất thông thường cần để hình thành sao, chủ yếu là khí hydro, nhiều khả năng đã bị “tước bỏ” thông qua tương tác hấp dẫn với các thiên hà lân cận bên trong cụm Perseus.

Các cụm sao cầu vốn có mật độ cực cao và liên kết hấp dẫn rất chặt chẽ. Chính sự bền vững này giúp chúng ít bị phá vỡ bởi lực thủy triều hấp dẫn, từ đó có thể tồn tại lâu dài và đóng vai trò như những “cột mốc” đáng tin cậy để xác định các thiên hà mờ nhạt như CDG-2.

Khi các chương trình khảo sát bầu trời ngày càng mở rộng, với sự tham gia của những sứ mệnh như Euclid, kính viễn vọng không gian Nancy Grace Roman Space Telescope của NASA và Vera C. Rubin Observatory, giới thiên văn đang ngày càng tận dụng machine learning và các kỹ thuật thống kê tiên tiến để xử lý khối dữ liệu khổng lồ thu được.

Hubble Space Telescope đã hoạt động hơn 30 năm và vẫn liên tục mang lại những khám phá giúp chúng ta hiểu sâu hơn về vũ trụ. Đây là dự án hợp tác giữa NASA và ESA. Trung tâm bay vũ trụ Goddard của NASA tại Maryland chịu trách nhiệm điều hành sứ mệnh, với sự hỗ trợ từ Lockheed Martin Space ở Denver. Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian tại Baltimore – do Hiệp hội các Trường Đại học Nghiên cứu Thiên văn vận hành – phụ trách hoạt động khoa học của Hubble cho NASA.