Dựng mô hình chi tiết nhất về sự hình thành Ngân Hà
Mô hình mới về sự hình thành Ngân Hà đánh giá cao sự ảnh hưởng của các siêu tân tinh trong việc tiêu diệt các thiên hà nhỏ hơn, điều này không có trong mô hình cũ.
Một nhóm các nhà thiên văn tại Viện Công nghệ California đã tạo ra mô hình chính xác nhất về sự hình thành của Ngân Hà. Bằng cách sử dụng hệ thống 2000 máy tính cùng chạy song song, nhóm nghiên cứu đã có thể mô phỏng chính xác quá trình các đám khí, bụi kết hợp lại để tạo thành thiên hà của chúng ta, bắt đầu vào giai đoạn ngay sau Vụ nổ lớn xảy ra vào 13,8 tỷ năm trước và kết thúc là thiên hà của chúng ta ngày nay.
Các mô phỏng trước đây cho thấy hàng ngàn thiên hà lùn (những thiên hà nhỏ hơn Ngân Hà nhiều lần) xuất hiện và sáp nhập lại thành Ngân Hà như ngày nay. Tuy nhiên, trên thực tế thì chúng ta chỉ phát hiện được khoảng 30 thiên hà lùn, thay vì số lượng hàng ngàn như mô phỏng.
Các nhà thiên văn từng nghĩ rằng sự khác biệt này được gây ra bởi vật chất tối, dạng vật chất này chỉ có thể phát hiện được khi lực hấp dẫn của nó tương tác với các thiên thể khác. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu ở Caltech đã giải đáp thắc mắc này mà không cần tính toán đến sự xuất hiện của vật chất tối, bằng cách mô phỏng với sự ảnh hưởng của các siêu tân tinh.
“Những kiến thức trước đây về sự xuất hiện của vật chất tối trong mô phỏng là không chính xác, kết quả mới đây sẽ không đề cập đến vật chất tối. Khi chúng tôi dựng mô phỏng mới với sự ảnh hưởng của siêu tân tinh, câu trả lời sẽ chính xác hơn,” nghiên cứu sinh Andrew Wetzel tại Caltech, là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết trong bài nghiên cứu đăng tải trên Astrophysical Journal Letters.
Khi một ngôi sao khổng lồ phát nổ thành vụ nổ siêu tân tinh, nó sẽ đẩy những cơn gió cực mạnh xuyên qua các thiên hà với sức gió lên tới hàng ngàn km mỗi giây. Những cơn gió liên thiên hà có sự ảnh hưởng đến quá trình hình thành sao, nó có thể thổi đi những thiên hà lùn tập trung quanh Ngân Hà, giải thích lý do tại sao chúng ta chỉ quan sát thấy vài chục thiên hà lùn trong khi con số trước đây lên tới hàng ngàn.
Mô phỏng mới sử dụng dữ liệu mới được cập nhật về siêu tân tinh, thời gian 700.000 giờ CPU trên 2000 máy tính được kết nối song song với nhau, nếu một máy tính thực hiện mô phỏng thì nó phải mất đến 80 năm.
“Trong một thiên hà, có khoảng 100 tỷ ngôi sao tương tác lẫn nhau cùng nhiều thành phần khác, kể cả những thứ không nhìn thấy được như vật chất tối. Để thực hiện mô phỏng, chúng tôi đưa ra các phương trình cho siêu máy tính giải để mô tả các sự tương tác, rồi cho giải phương trình liên tục để xem những gì sẽ diễn ra cho tới cuối cùng,” giáo sư vật lý thiên văn Phil Hopkins ở Caltech cho biết trong một thông cáo báo chí.
Nhóm nghiên cứu vẫn chưa dừng lại. Họ đang lên kế hoạch để chỉnh sửa mô phỏng rồi cho chạy 20 triệu giờ CPU, tức gấp gần 30 lần so với mô phỏng mới được hoàn thành, trong một nỗ lực để dự đoán chính xác có bao nhiêu thiên hà lùn thật sự đang xoay xung quanh Ngân Hà. Các nhà thiên văn tin rằng có nhiều thiên hà vệ tinh nhỏ và mờ nhạt bị văng ra khỏi quỹ đạo mà vẫn chưa được phát hiện. Mặc dù số lượng này không nhiều, nhưng mô phỏng sắp tới sẽ cung cấp cho chúng ta số lượng chính xác những thiên hà còn lại chưa được biết tới.
Một vài cụm sao kì lạ trong Ngân Hà chứa hàng trăm hố đen bên trong, có sự khác biệt lớn giữa những ngôi sao trong cụm, cũng giúp chỉnh sửa được mô hình toán học để hiểu được sự tương tác phức tạp giữa bụi vũ trụ và các mảnh vỡ mà tạo nên thiên hà xoắn ốc hoàn chỉnh như ngày hôm nay. Những khám phá mới với sự tiến xa hơn trong tính toán, chúng ta có thể lập bản đồ của toàn bộ Ngân Hà mà không cần phải bay vòng quanh nó.
Một nhóm các nhà thiên văn tại Viện Công nghệ California đã tạo ra mô hình chính xác nhất về sự hình thành của Ngân Hà. Bằng cách sử dụng hệ thống 2000 máy tính cùng chạy song song, nhóm nghiên cứu đã có thể mô phỏng chính xác quá trình các đám khí, bụi kết hợp lại để tạo thành thiên hà của chúng ta, bắt đầu vào giai đoạn ngay sau Vụ nổ lớn xảy ra vào 13,8 tỷ năm trước và kết thúc là thiên hà của chúng ta ngày nay.
 |
| Mô phỏng mới về sự hình thành Ngân Hà, các nhà thiên văn lần đầu tiên dự đoán chính xác số lượng thiên hà lùn quay quanh Ngân Hà. Vệt sáng trong hình là một thiên hà lùn bị đẩy văng ra xa. Credit: Nhóm nghiên cứu Hopkins/Caltech. |
Các mô phỏng trước đây cho thấy hàng ngàn thiên hà lùn (những thiên hà nhỏ hơn Ngân Hà nhiều lần) xuất hiện và sáp nhập lại thành Ngân Hà như ngày nay. Tuy nhiên, trên thực tế thì chúng ta chỉ phát hiện được khoảng 30 thiên hà lùn, thay vì số lượng hàng ngàn như mô phỏng.
Các nhà thiên văn từng nghĩ rằng sự khác biệt này được gây ra bởi vật chất tối, dạng vật chất này chỉ có thể phát hiện được khi lực hấp dẫn của nó tương tác với các thiên thể khác. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu ở Caltech đã giải đáp thắc mắc này mà không cần tính toán đến sự xuất hiện của vật chất tối, bằng cách mô phỏng với sự ảnh hưởng của các siêu tân tinh.
“Những kiến thức trước đây về sự xuất hiện của vật chất tối trong mô phỏng là không chính xác, kết quả mới đây sẽ không đề cập đến vật chất tối. Khi chúng tôi dựng mô phỏng mới với sự ảnh hưởng của siêu tân tinh, câu trả lời sẽ chính xác hơn,” nghiên cứu sinh Andrew Wetzel tại Caltech, là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết trong bài nghiên cứu đăng tải trên Astrophysical Journal Letters.
Khi một ngôi sao khổng lồ phát nổ thành vụ nổ siêu tân tinh, nó sẽ đẩy những cơn gió cực mạnh xuyên qua các thiên hà với sức gió lên tới hàng ngàn km mỗi giây. Những cơn gió liên thiên hà có sự ảnh hưởng đến quá trình hình thành sao, nó có thể thổi đi những thiên hà lùn tập trung quanh Ngân Hà, giải thích lý do tại sao chúng ta chỉ quan sát thấy vài chục thiên hà lùn trong khi con số trước đây lên tới hàng ngàn.
Mô phỏng mới sử dụng dữ liệu mới được cập nhật về siêu tân tinh, thời gian 700.000 giờ CPU trên 2000 máy tính được kết nối song song với nhau, nếu một máy tính thực hiện mô phỏng thì nó phải mất đến 80 năm.
 |
| Quá trình hình thành nên Ngân Hà. Credit: Nhóm nghiên cứu Hopkins/Caltech. |
“Trong một thiên hà, có khoảng 100 tỷ ngôi sao tương tác lẫn nhau cùng nhiều thành phần khác, kể cả những thứ không nhìn thấy được như vật chất tối. Để thực hiện mô phỏng, chúng tôi đưa ra các phương trình cho siêu máy tính giải để mô tả các sự tương tác, rồi cho giải phương trình liên tục để xem những gì sẽ diễn ra cho tới cuối cùng,” giáo sư vật lý thiên văn Phil Hopkins ở Caltech cho biết trong một thông cáo báo chí.
Nhóm nghiên cứu vẫn chưa dừng lại. Họ đang lên kế hoạch để chỉnh sửa mô phỏng rồi cho chạy 20 triệu giờ CPU, tức gấp gần 30 lần so với mô phỏng mới được hoàn thành, trong một nỗ lực để dự đoán chính xác có bao nhiêu thiên hà lùn thật sự đang xoay xung quanh Ngân Hà. Các nhà thiên văn tin rằng có nhiều thiên hà vệ tinh nhỏ và mờ nhạt bị văng ra khỏi quỹ đạo mà vẫn chưa được phát hiện. Mặc dù số lượng này không nhiều, nhưng mô phỏng sắp tới sẽ cung cấp cho chúng ta số lượng chính xác những thiên hà còn lại chưa được biết tới.
Một vài cụm sao kì lạ trong Ngân Hà chứa hàng trăm hố đen bên trong, có sự khác biệt lớn giữa những ngôi sao trong cụm, cũng giúp chỉnh sửa được mô hình toán học để hiểu được sự tương tác phức tạp giữa bụi vũ trụ và các mảnh vỡ mà tạo nên thiên hà xoắn ốc hoàn chỉnh như ngày hôm nay. Những khám phá mới với sự tiến xa hơn trong tính toán, chúng ta có thể lập bản đồ của toàn bộ Ngân Hà mà không cần phải bay vòng quanh nó.
Anh Tuấn Nguyễn theo Popular Mechanics
