Bài viết này là một bài viết của Anna Ho, người hiện đang nghiên cứu về các ngôi sao trong Dải ngân hà thông qua Học bổng Fulbright một năm tại Viện Thiên văn học Max Planck (MPIA) ở Heidelberg, Đức.
Trong dải ngân hà, trung bình có bảy ngôi sao mới được sinh ra mỗi năm. Trong thiên hà xa xôi GN20, trung bình đáng kinh ngạc là 1.850 ngôi sao mới được sinh ra mỗi năm. Làm thế nào, bạn có thể yêu cầu, phẫn nộ thay mặt cho ngôi nhà thiên hà của chúng ta, GN20 có quản lý 1.850 ngôi sao mới trong thời gian Dải Ngân hà kéo ra một?
Để trả lời điều này, lý tưởng nhất là chúng ta sẽ xem xét chi tiết các vườn ươm sao trong GN20, và xem xét chi tiết các vườn ươm sao trong Dải Ngân hà, và xem điều gì làm cho việc trước đây hiệu quả hơn nhiều so với sau này.
Nhưng GN20 đơn giản là quá xa cho một cái nhìn chi tiết.
Thiên hà này ở rất xa đến nỗi ánh sáng của nó phải mất mười hai tỷ năm để đến được kính viễn vọng của chúng ta. Để tham khảo, bản thân Trái đất chỉ 4,5 tỷ năm tuổi và bản thân vũ trụ được cho là khoảng 14 tỷ năm tuổi. Vì ánh sáng cần có thời gian để di chuyển, nhìn ra không gian có nghĩa là nhìn ngược thời gian, do đó, GN20 không chỉ là một thiên hà xa xôi mà còn là một thiên hà rất cổ xưa. Và, cho đến gần đây, các nhà thiên văn học tầm nhìn của các thiên hà xa xôi, cổ xưa này đã bị mờ.
Xem xét những gì xảy ra khi bạn cố tải video có kết nối Internet chậm hoặc khi bạn tải xuống một hình ảnh có độ phân giải thấp và sau đó kéo dài nó. Hình ảnh được pixelated. Những gì đã từng là một người Mặt mặt trở thành một vài hình vuông: một vài hình vuông màu nâu cho tóc, một vài hình vuông màu hồng cho khuôn mặt. Hình ảnh độ phân giải thấp làm cho không thể nhìn thấy chi tiết: mắt, mũi, nét mặt.
Một khuôn mặt có nhiều chi tiết và một thiên hà có nhiều vườn ươm đa dạng. Nhưng độ phân giải kém, kết quả đơn giản là thực tế là các thiên hà cổ đại như GN20 bị tách khỏi kính viễn vọng của chúng ta bởi khoảng cách vũ trụ rộng lớn, đã buộc các nhà thiên văn học phải làm mờ tất cả thông tin phong phú này thành một điểm.
Tình hình hoàn toàn khác ở đây tại nhà ở Dải Ngân hà. Các nhà thiên văn học đã có thể nhìn sâu vào các vườn ươm sao và chứng kiến sự ra đời của sao trong chi tiết tuyệt đẹp. Vào năm 2006, Kính thiên văn vũ trụ Hubble đã thực hiện cảnh quay hành động chi tiết chưa từng có này về sự ra đời của sao ở trung tâm của Tinh vân Orion, một trong những vườn ươm sao nổi tiếng nhất Milky Way:
Có hơn 3.000 ngôi sao trong hình ảnh này: Các chấm phát sáng là những ngôi sao mới sinh gần đây đã xuất hiện từ kén của chúng. Các kén sao được làm bằng khí: hàng ngàn kén khí này nằm nép mình trong các vườn ươm vũ trụ rộng lớn, rất giàu khí và bụi. Vùng trung tâm của hình ảnh Hubble đó, được bao bọc bởi thứ trông giống như bong bóng, rất rõ ràng và sáng bởi vì những ngôi sao to lớn bên trong đã thổi bay bụi và khí mà chúng được tạo ra. Các vườn ươm sao vĩ đại nằm rải rác khắp Dải Ngân hà và các nhà thiên văn học đã rất thành công trong việc làm sáng tỏ chúng để hiểu cách các ngôi sao được tạo ra.
Quan sát các vườn ươm cả ở đây tại nhà và trong các thiên hà tương đối gần đã giúp các nhà thiên văn học có những bước nhảy vọt trong việc hiểu về sự ra đời của sao nói chung: và đặc biệt, điều gì làm cho một vườn ươm, hoặc một khu vực hình thành sao, xây dựng ngôi sao tốt hơn so với các ngôi sao khác. Câu trả lời dường như là: có bao nhiêu khí trong một khu vực cụ thể. Khí nhiều hơn, tốc độ sinh sao nhanh hơn. Mối quan hệ này giữa mật độ của khí và tỷ lệ sinh ra sao được gọi là Luật Kennicutt-Schmidt. Năm 1959, nhà thiên văn học người Hà Lan Maarten Schmidt đã đặt ra câu hỏi làm thế nào chính xác mật độ khí tăng lên ảnh hưởng đến sự ra đời của ngôi sao, và bốn mươi năm sau, trong một minh họa về các cuộc đối thoại khoa học có thể kéo dài hàng thập kỷ, đồng nghiệp người Mỹ Robert Kennicutt đã sử dụng dữ liệu từ 97 thiên hà để trả lời ông. .
Hiểu được Luật Kennicutt-Schmidt là rất quan trọng để xác định cách các ngôi sao hình thành và thậm chí cả các thiên hà phát triển như thế nào. Một câu hỏi cơ bản là liệu có một quy tắc chi phối tất cả các thiên hà hay liệu một quy tắc chi phối khu vực thiên hà của chúng ta, nhưng một quy tắc khác chi phối các thiên hà xa xôi. Đặc biệt, một gia đình của các thiên hà xa xôi được gọi là thiên hà Starburst có vẻ như có chứa các vườn ươm đặc biệt năng suất. Phân tích các nhà máy sao xa xôi, hiệu quả cao này có nghĩa là thăm dò các thiên hà như trước đây, trở lại gần đầu vũ trụ.
Nhập GN20. GN20 là một trong những thiên hà sáng nhất, năng suất cao nhất trong số các thiên hà này. Trước đây là một điểm ảnh pixel trong các nhà thiên văn học Hình ảnh, GN20 đã trở thành một ví dụ về sự chuyển đổi trong khả năng công nghệ.
Vào tháng 12 năm 2014, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế do Tiến sĩ Jacqueline Hodge của Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia Hoa Kỳ dẫn đầu, và bao gồm các nhà thiên văn học từ Đức, Vương quốc Anh, Pháp và Áo, đã có thể xây dựng một bức tranh chi tiết chưa từng thấy về vườn ươm sao trong GN20. Kết quả của họ đã được công bố vào đầu năm nay.
Chìa khóa là một kỹ thuật gọi là giao thoa kế: quan sát một đối tượng bằng nhiều kính thiên văn và kết hợp thông tin từ tất cả các kính thiên văn để tạo ra một hình ảnh chi tiết. Nhóm của Tiến sĩ Hodge đã sử dụng một số giao thoa kế tinh vi nhất trên thế giới: Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) ở sa mạc New Mexico và Giao thoa kế Plateau de Bure (PdBI) ở độ cao 2550 mét (8370 feet) trên biển cấp độ trong dãy núi Alps của Pháp.
Với dữ liệu từ các giao thoa kế này cũng như Kính viễn vọng Không gian Hubble, họ đã biến những gì từng là một chấm thành hình ảnh tổng hợp sau:
Đây là hình ảnh màu sai và mỗi màu tượng trưng cho một thành phần khác nhau của thiên hà. Màu xanh là ánh sáng cực tím, được chụp bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble. Màu xanh lá cây là khí phân tử lạnh, được chụp bằng VLA. Và màu đỏ là bụi ấm, được làm nóng bởi sự hình thành sao mà nó đang che phủ, được phát hiện bởi PdBI.
Việc sắp xếp một pixel thành nhiều pixel cho phép nhóm nghiên cứu xác định rằng các vườn ươm trong thiên hà đầy sao như GN20 khác về cơ bản so với các thiên hà trong một thiên hà bình thường của người Hồi giáo như Dải Ngân hà. Với cùng một lượng khí, GN20 có thể tạo ra các đơn đặt hàng có cường độ sao lớn hơn dải Ngân hà. Nó không đơn giản là có nhiều nguyên liệu thô hơn: nó hiệu quả hơn trong việc tạo ra những ngôi sao thời trang.
Loại nghiên cứu này hiện là duy nhất cho trường hợp cực đoan của GN20. Tuy nhiên, nó sẽ phổ biến hơn với thế hệ giao thoa kế mới, chẳng hạn như Atacama Large Millimét / Subillim Array (ALMA).
Nằm ở độ cao 5000 mét (16000 feet) ở Andes Chile, ALMA sẵn sàng biến đổi sự hiểu biết của các nhà thiên văn học về sự ra đời của sao. Các kính viễn vọng tiên tiến đang cho phép các nhà thiên văn học thực hiện loại khoa học chi tiết với các thiên hà xa xôi - các thiên hà cổ đại từ vũ trụ sơ khai - điều từng được cho là chỉ có thể đối với khu vực địa phương của chúng ta. Điều này rất quan trọng trong nhiệm vụ khoa học cho các định luật vật lý phổ quát, vì các nhà thiên văn học có thể kiểm tra lý thuyết của họ vượt ra ngoài khu vực của chúng ta, ngoài vũ trụ và ngược thời gian.
