Tránh xa ánh đèn thành phố, nhìn lên và bạn sẽ thấy một trong những kỳ quan của bầu trời đêm - những dải sao sáng lấp lánh tạo nên dải ngân hà. Ngôi nhà thiên hà của chúng ta rộng lớn và đẹp đẽ, nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn về nó.
Chẳng hạn, mặc dù đã có nhiều nỗ lực, các nhà thiên văn học vẫn chưa xác định chính xác thiên hà của chúng ta nặng bao nhiêu, với ước tính từ bất kỳ nơi nào có khối lượng từ 700 tỷ đến 2 nghìn tỷ lần so với mặt trời của chúng ta.
Cân một thiên hà, đặc biệt là khi bạn sống trong đó, không phải là nhiệm vụ dễ dàng. "Nó giống như cố gắng điều tra dân số Hoa Kỳ nhưng bạn không thể sử dụng internet và bạn không thể rời khỏi thành phố bạn sống", nhà thiên văn học Ekta Patel thuộc Đại học Arizona ở Tucson nói với Live Science. Không ai có thể dính dải Ngân hà trên quy mô vũ trụ và chỉ cần đọc kết quả.
Một phần của vấn đề là phần lớn khối lượng của thiên hà là vô hình. Vật chất tối, một chất bí ẩn không phát ra bất kỳ loại ánh sáng nào, chiếm khoảng 85% Dải Ngân hà của chúng ta, Patel nói. Vì vậy, chỉ cần đếm các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta sẽ không giúp bạn tiến xa.
Do đó, các nhà nghiên cứu thường nhìn vào quỹ đạo của một số thiên thể, Patel nói. Phương pháp này dựa trên các phương trình trọng lực bắt nguồn từ Isaac Newton hơn 300 năm trước, cho bạn biết rằng tốc độ và khoảng cách mà một vật thể nhỏ hơn xoay quanh một vật lớn hơn có liên quan đến khối lượng của vật thể lớn hơn.
Một phương pháp, được sử dụng trong một nghiên cứu năm 2017 được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn, là nhìn vào các thiên hà vệ tinh nhỏ cách xa hàng trăm ngàn năm ánh sáng đi xung quanh Dải Ngân hà giống như các hành tinh quay quanh một ngôi sao. Nhưng có một vấn đề với các thiên hà vệ tinh này. "Quỹ đạo của chúng dài hàng tỷ năm", Patel nói, có nghĩa là sau một vài năm ngắn ngủi, chúng sẽ hầu như không nhúc nhích và các nhà nghiên cứu không thể dễ dàng xác định tốc độ quỹ đạo của chúng.
Trong một nghiên cứu được công bố vào tháng 6 năm 2018 trên Tạp chí Vật lý thiên văn, Patel và các đồng nghiệp đã thử một phương pháp mới để cân thiên hà. Họ đã xem xét các mô phỏng siêu máy tính của các vũ trụ ảo, có thể tái tạo nhiều khía cạnh của vũ trụ của chúng ta và cố gắng tìm ra các ví dụ về các thiên hà nhỏ quay quanh các thiên hà lớn hơn.
Khoảng 90.000 thiên hà vệ tinh mô phỏng này sau đó được so sánh với dữ liệu về chín thiên hà thực sự quay quanh Dải Ngân hà. Nhóm nghiên cứu đã chọn những thiên thể có đặc tính quỹ đạo phù hợp nhất với các thiên hà vệ tinh thực sự và xem xét khối lượng của thiên hà mô phỏng mà chúng đi xung quanh.
Điều này đã cho họ một ước tính khá tốt về khối lượng thực sự của thiên hà chúng ta, với tốc độ gấp 960 tỷ lần khối lượng mặt trời. Patel cho biết kết quả của cô là tốt đẹp ở giữa hầu hết những người trước đó, mặc dù vẫn còn chỗ cho độ chính xác cao hơn. Điều này có thể đến từ vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, nơi gần đây đã cung cấp các phép đo cực kỳ tốt về tính chất quỹ đạo của 30 thiên hà lùn mờ quay quanh Dải Ngân hà. Sử dụng dữ liệu này cùng với các mô phỏng vũ trụ để tinh chỉnh phép đo trọng lượng là "trong danh sách việc cần làm của tôi", Patel nói.
Gần đây, Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA và vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã kết hợp các quan sát của họ về các cụm sao hình cầu, hoặc các đảo sao quay quanh trái tim của thiên hà và phát hiện ra rằng Dải Ngân hà nặng khoảng 1,5 nghìn tỷ khối lượng mặt trời. Con số đó, có thể là một trong những chính xác nhất, sẽ sớm được công bố trong số phát hành sắp tới của Tạp chí Vật lý thiên văn.
Biết khối lượng của thiên hà sẽ giúp các nhà thiên văn học có nhiều thứ, Patel nói. Đối với một người, các nhà thiên văn học sẽ có thể tính toán tốt hơn quỹ đạo của các thiên hà vệ tinh vì chúng phụ thuộc vào khối lượng của Dải Ngân hà. Các thiên hà nặng hơn cũng có nhiều vệ tinh quay quanh chúng và cho đến nay, các kính viễn vọng đã phát hiện khoảng 50 thiên hà đi quanh Dải Ngân hà. Vì chúng ta không biết chính xác thiên hà nặng bao nhiêu, các nhà khoa học không chắc chắn chính xác có bao nhiêu thiên hà vệ tinh mà họ mong đợi tìm thấy. Cuối cùng, trọng lượng thực sự của Dải Ngân hà sẽ giúp các nhà nghiên cứu biết tỷ lệ khối lượng của nó là vật chất tối so với vật chất thông thường.
Patel hy vọng rằng các nghiên cứu trong tương lai và dữ liệu tốt hơn cuối cùng sẽ tìm ra ẩn số khó nắm bắt này.
"Tôi nghĩ trong 10 hoặc 20 năm tới, chúng ta sẽ có câu trả lời tốt hơn", cô nói.
Lưu ý của biên tập viên: Câu chuyện này ban đầu được xuất bản vào ngày 4 tháng 9 năm 2018. Nó được cập nhật vào ngày 7 tháng 3 năm 2019 lúc 1:30 chiều. E.T. để bao gồm một ước tính bổ sung về khối lượng của Dải Ngân hà, được lấy từ các quan sát được thu thập bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA và vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu.
