Kính viễn vọng FAST của Trung Quốc viết lại câu chuyện vì sao quá trình tạo sao chậm lại
Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã chứng kiến vũ trụ trở nên tĩnh lặng hơn. Các thiên hà từng vô cùng bận rộn, biến khí lạnh thành những ngôi sao mới, nhưng hoạt động đó đã suy giảm mạnh mẽ qua hàng tỷ năm. Lời giải thích hàng đầu rất đơn giản: các thiên hà đang cạn kiệt nhiên liệu. Khí hydro lạnh, nguyên liệu thô của các ngôi sao, được cho là bị tiêu thụ đều đặn và không bao giờ được thay thế đủ nhanh.
Một nghiên cứu quốc tế mới cho thấy câu chuyện đó chưa đầy đủ. Một nhóm quốc tế gồm Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Trung Quốc, Đài quan sát Thiên văn Thượng Hải và Đại học Giao thông Thượng Hải đã kết hợp hai trong số những thiết bị mạnh nhất thế giới để đo lượng hydro trung tính — loại khí lạnh nuôi dưỡng quá trình hình thành sao — thực sự hiện diện trong 4,5 tỷ năm qua.
Các thiết bị đó là Kính viễn vọng vô tuyến hình cầu khẩu độ năm trăm mét, gọi là FAST, ở tỉnh Quý Châu, và Thiết bị quang phổ năng lượng tối, hay DESI, ở Arizona. FAST là kính viễn vọng vô tuyến đĩa đơn lớn nhất thế giới, và độ nhạy của nó khiến nó đặc biệt giỏi phát hiện tín hiệu hydro yếu ớt. DESI, trong khi đó, lập bản đồ hàng triệu thiên hà trên khối lượng không gian khổng lồ. Cùng nhau, chúng cung cấp cách so sánh tốc độ hình thành sao với nguồn cung khí trên cùng một thang thời gian vũ trụ.
Kết quả, được công bố trên tạp chí Nature Astronomy, cho thấy hai yếu tố này không song hành. Quá trình hình thành sao đã suy yếu đáng kể, nhưng kho dự trữ hydro trung tính không cạn kiệt với tốc độ tương tự. Nói cách khác, các thiên hà vẫn chứa nhiều nguyên liệu thô cho sao. Điều chúng dường như đang mất là khả năng xử lý nguyên liệu đó.
Phát hiện này chuyển sự chú ý từ nguồn cung sang quá trình. Khí phải nguội đi, tụ lại và sụp đổ dưới tác dụng của trọng lực trước khi có thể bùng cháy thành sao, và mỗi bước đó đều có thể bị gián đoạn. Các dòng chảy ra do sao nổ, sự nung nóng từ lỗ đen siêu khối lượng, hoặc sự hỗn loạn đơn giản của một thiên hà đang trưởng thành đều có thể khiến khí quá nóng hoặc quá loãng để sụp đổ hiệu quả. Một thiên hà có thể giàu khí mà vẫn gần như vô sinh.
Việc định hình lại này quan trọng vì nó chạm đến một trong những câu hỏi trung tâm của quá trình tiến hóa thiên hà: tại sao kỷ nguyên hình thành sao của vũ trụ đạt đỉnh cách đây hàng tỷ năm và đã suy giảm kể từ đó. Nếu cạn kiệt nhiên liệu không phải là thủ phạm chính, các mô hình về cách thiên hà phát triển, già đi và cuối cùng trở nên tĩnh lặng sẽ cần được sửa đổi.
Đối với cộng đồng thiên văn học Trung Quốc, công trình này cũng là một cột mốc trong hợp tác quốc tế. FAST được đề xuất và xây dựng ở Trung Quốc, nhưng khoa học giá trị nhất của nó ngày càng đến từ việc kết hợp nó với các thiết bị ở nơi khác. Quan sát vô tuyến có thể theo dấu khí lạnh mà các khảo sát quang học không thể thấy, trong khi các khảo sát quang phổ lớn cung cấp mẫu thống kê mà một kính viễn vọng đơn lẻ không thể tự tập hợp.
Cũng có một bài học rộng hơn cho bất kỳ ai quan sát bầu trời. Lịch sử vũ trụ không phải là một câu chuyện cạn kiệt đơn giản, như ngọn lửa đốt cháy những khúc gỗ cuối cùng. Nó trông giống một căn bếp vẫn còn nguyên liệu trên kệ nhưng đã mất đầu bếp. Hiểu được lý do — và liệu sự chậm lại có thể đảo ngược ở bất kỳ thiên hà nào không — sẽ khiến các nhà thiên văn học bận rộn trong nhiều năm, và sẽ khiến những nhóm như thế này tiếp tục hướng ăng-ten và máy quang phổ của họ vào cùng những vùng trời.