Phát hiện cụm thiên hà “bất khả thi” nóng bất thường trong vũ trụ sơ khai làm lung lay hiểu biết hiện nay

Khi quan sát những vùng cổ xưa nhất của vũ trụ, nơi ánh sáng đã phải mất hàng chục tỷ năm mới có thể chạm tới Trái đất, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã phát hiện ra một cụm thiên hà có đặc điểm gần như không thể giải thích theo các mô hình hiện tại. Cụm thiên hà này không chỉ xuất hiện rất sớm trong lịch sử vũ trụ, mà còn sở hữu một môi trường khí nóng bất thường, vượt xa mọi dự đoán trước đó.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, cụm thiên hà được phát hiện có niên đại chỉ khoảng 1,4 tỷ năm sau Big Bang. Ở giai đoạn sơ khai này, các nhà khoa học không kỳ vọng những cấu trúc lớn như vậy đã kịp hình thành, càng không thể sở hữu mức năng lượng và nhiệt độ cao đến mức tương đương, thậm chí vượt qua, nhiều cụm thiên hà tồn tại ở thời điểm hiện nay.

Tác giả chính của nghiên cứu, nghiên cứu sinh tiến sĩ Dazhi Zhou thuộc Đại học British Columbia, thừa nhận rằng chính ông cũng từng nghi ngờ dữ liệu ban đầu. Theo ông, tín hiệu quan sát được mạnh đến mức khó tin, buộc nhóm nghiên cứu phải dành nhiều tháng để kiểm chứng lại bằng các phương pháp độc lập. Kết quả cuối cùng cho thấy khối khí trong cụm thiên hà này nóng ít nhất gấp năm lần so với những gì các lý thuyết vũ trụ học hiện hành dự đoán.

Cụm thiên hà mang tên SPT2349-56 được quan sát nhờ kính thiên văn ALMA đặt tại sa mạc Atacama, Chile. Đây là một cụm thiên hà “sơ sinh” nhưng có quy mô khổng lồ, với phần lõi rộng khoảng nửa triệu năm ánh sáng. 

Con số này tương đương với kích thước quầng thiên hà bao quanh Dải Ngân hà, nơi chứa nhiều cụm sao cầu và các ngôi sao già. Tuy nhiên, điều khiến SPT2349-56 trở nên đặc biệt là tốc độ hình thành sao của nó, cao hơn hơn 5.000 lần so với Dải Ngân hà.

Theo các lý thuyết truyền thống, năng lượng trong các cụm thiên hà chủ yếu đến từ quá trình khí bị hút lại và nén chặt dưới tác động của lực hấp dẫn. Quá trình này diễn ra dần dần, song hành với sự lớn lên của cụm theo thời gian. Tuy nhiên, những gì được quan sát ở SPT2349-56 cho thấy có thể tồn tại một cơ chế bổ sung, mạnh mẽ hơn nhiều, đã hoạt động ngay từ giai đoạn rất sớm.

Giả thuyết được nhóm nghiên cứu đưa ra liên quan đến sự hiện diện của ba hố đen siêu nặng ở trung tâm cụm. Theo giáo sư Scott Chapman thuộc Đại học Dalhousie, các hố đen này có thể đã bơm một lượng năng lượng khổng lồ vào môi trường xung quanh, làm nóng khí giữa các thiên hà và thúc đẩy quá trình tiến hóa của cụm diễn ra nhanh và dữ dội hơn so với dự đoán.

Nếu giả thuyết này được xác nhận, nó sẽ cho thấy các cụm thiên hà trong vũ trụ sơ khai không chỉ phát triển nhờ lực hấp dẫn, mà còn chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ hoạt động sớm của các hố đen siêu nặng. Điều này đồng nghĩa với việc quá trình hình thành các cấu trúc lớn trong vũ trụ có thể mang tính bùng nổ hơn nhiều so với các mô hình hiện nay.

Nhóm nghiên cứu cho biết, mục tiêu tiếp theo của họ là làm rõ mối liên hệ giữa quá trình hình thành sao dữ dội, hoạt động của các hố đen và môi trường khí quá nóng trong cụm SPT2349-56. Việc hiểu được cách những yếu tố này tương tác với nhau sẽ giúp các nhà khoa học xây dựng lại bức tranh về cách các cụm thiên hà ngày nay được hình thành từ vũ trụ sơ khai.

Theo giáo sư Chapman, việc nghiên cứu các cụm thiên hà có ý nghĩa then chốt trong việc hiểu sự tiến hóa của những thiên hà lớn nhất trong vũ trụ. Phần lớn các thiên hà khổng lồ đều nằm trong các cụm, và môi trường khắc nghiệt của những cụm này đóng vai trò quyết định đến quá trình phát triển của chúng.

Phát hiện về SPT2349-56 vì thế không chỉ là một trường hợp ngoại lệ thú vị, mà còn có thể là chìa khóa mở ra một cách nhìn hoàn toàn mới về vũ trụ sơ khai, nơi các cấu trúc khổng lồ hình thành nhanh hơn, nóng hơn và dữ dội hơn rất nhiều so với những gì con người từng hình dung.