Mặt Trời có thể đã di cư đến vị trí hiện thời

Từ lâu mọi người vẫn tin chắc rằng các ngôi sao thường chỉ lang thang trong cùng một dải ngân hà nơi chúng hình thành. Nhưng gần đây một số nhà vật lý học thiên thể lại đặt ra câu hỏi liệu điều này có đúng. Các mô phỏng mới đã cho thấy ít nhất đối với những thiên hà giống thiên hà Milky Way, những ngôi sao như Mặt Trời có thể di cư cả quãng đường dài.

Bên cạnh đó, nếu mặt trời của chúng ta đã di chuyển rất xa nơi nó được hình thành từ cách đây 4 tỷ năm thì điều này sẽ làm thay đổi hoàn toàn quan niệm về sự tồn tại các vùng thiên hà – cái gọi là những khu vực định cư được – có nhiều thuận lợi cho sự sống hơn các khu vực khác.

Rock Roškar, sinh viên theo học tiến sỹ ngành thiên văn học thuộc đại học Washington, cho biết: “Quan điểm của chúng tôi về quy mô của vùng định cư được dựa một phần vào quan điểm về các thành phần hóa học nhất định cần thiết cho sự sống có mặt ở một số vùng trong đĩa của một thiên hà chứ không phải các thiên hà khác”.

“Nếu các ngôi sao di cư, thì vùng đó không thể là một nơi tĩnh tại”.

Nếu quan điểm về vùng định cư được không đúng, nó sẽ làm thay đổi hiểu biết của các nhà khoa học về cách thức, nơi chốn mà sự sống có thể phát triển trong thiên hà.

Roškar là tác giả chính trong bài báo công bố phát hiện từ mô phỏng, bài báo được đăng tải trên tờ Astrophysical Journal Letters số ra ngày 10 tháng 9. Các đồng tác giả của bài báo là Thomas R. Quinn thuộc đại học UW, Victor Debattista thuộc Đại học trung Lancashire (Anh Quốc), và Gregory Stinson và James Wadsley thuộc Đại học McMaster (Canada). Nghiên cứu được Quỹ khoa học quốc gia tài trợ một phần.

Với hơn 100.000 giờ thực hiện với hệ thống máy tính ở UW và một siêu máy tính đặt tại Đại học Texas, các nhà khoa học đã thực hiện mô phỏng quá trình hình thành và phát triển của một đĩa thiên hà từ vật chất xoắn cuộn lại với nhau 4 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang.

Mô phỏng bắt đầu vào thời điểm 9 tỷ năm về trước, sau khi vật chất hình thành đĩa thiên hà của chúng ta đã gắn kết với nhau phần lớn nhưng quá trình hình thành đĩa thực sự vẫn chưa bắt đầu. Các nhà khoa học đã thiết lập các thông số cơ bản để mô phỏng sự phát triển của thiên hà Milky Way đến thời điểm nói trên, nhưng sau đó để thiên hà mô phỏng tự phát triển.

Theo nhận định trước đây của các nhà khoa học, nếu một ngôi sao, trong thời gian quay quanh trung tâm của thiên hà, bị chặn bởi một cánh tay xoắn ốc của thiên hà thì quỹ đạo của ngôi sao đó sẽ biến đổi giống như bánh xe lắc lư khi nó đâm vào ổ gà. 

Hình ảnh mô phỏng trên máy tính thể hiện sự phát triển và tiến hoá của đĩa thiên hà. (Ảnh: Roškar)

Tuy nhiên, trong hình mô phỏng quỹ đạo của một số ngôi sao có thể thay đổi lớn hơn hoặc nhỏ đi, nhưng vẫn giữ được dạng trọng sau khi va đụng với làn sóng xoắn ốc mạnh. Mặt Trời của chúng ta có quỹ đạo khá tròn, phát hiện này có nghĩa là khi nó được hình thành từ 4,59 tỷ năm về trước (khoảng 50 triệu năm trước khi Trái Đất ra đời) nó có thể ở gần hơn hoặc xa hơn trung tâm thiên hà so với vị trí ở nửa chừng rìa ngoài như bây giờ.

Các ngôi sao di cư cũng giải thích một vấn đề đã tồn tại từ lâu trong hiện tượng pha trộn vât chất giữa các ngôi sao ở vùng lân cận của Thái Dương hệ. Sự pha trộn này vốn hỗn tạp hơn và loãng hơn so với dự đoán nếu các ngôi sao giữ nguyên vị trí từ khi sinh ra đến suốt cuộc đời. Do các ngôi sao tụ tập với nhau từ nhiều địa điểm khởi thuỷ khác biệt, vùng lân cận của mặt trời trở nên đa dạng hơn và thú vị hơn.

Theo Roškar, sự di cư của các vì tình tú dường như phụ thuộc vào thiên hà có cánh tay xoắn ốc, giống như cánh tay xoắn ốc hiện diện trong thiên hà Milky Way.

Ông nói: “Thiên hà mô phỏng của chúng tôi đã được lý tưởng hoá trong quá trình hình thành đĩa, nhưng chúng tôi tin rằng nó đã thể hiện đúng quá trình hình thành một thiên hà giống như thiên hà Milky Way. Việc nghiên cứu thiên hà Miky Way là điều khó khăn nhất bởi chúng ta đang ở chính trong đó mà lại không thể nhìn thấy tất cả. Chúng tôi không thể nói chắc chắn rằng Mặt Trời của chúng ta có dạng di cư này hay không”.

Tuy nhiên bằng chứng quan sát thấy gần đây chỉ ra rằng hiện tượng di cư như thế cũng có thể xảy ra ở các thiên hà khác.

Roškar nhấn mạnh rằng các nhóm nghiên cứu của ông không phải là những người đầu tiên phát hiện khả năng di cư cả quãng đường lớn của các ngôi sao qua các dải ngân hà, nhưng họ là những người đầu tiên mô tả được ảnh hưởng của hiện tượng di cư đó qua mô phỏng đĩa thiên hà đang hình thành.

Phát hiện dựa trên một số lần thực hiện mô phỏng, nhưng các lần thực hiện bổ sung sử dụng cùng thông số và đặc tính vật lý cũng sẽ cho các kết quả tương đồng. Wadsley – thành viên nhóm nghiên cứu thuộc đại học McMaster - cho biết: “Khi bạn đổ kem vào tách cà phê theo hình xoắn ốc thì sẽ không thể nào có hai lần đổ tạo ra hình dạng giống hệt nhau, nhưng quy trình chung và vị mới tạo ra thì luôn luôn giống nhau”.

Các nhà khoa học dự tính sẽ tiến hành nhiều mô phỏng với các đặc tính vật lý thay đổi để tạo ra nhiều dạng đĩa thiên hà khác nhau, rồi sau đó xác định liệu những ngôi sao có mang khả năng di cư tương tự trong các dạng thiên hà đĩa khác nhau hay không.