Phát hiện thiên hà nhỏ nhất vũ trụ?

Theo định nghĩa cơ bản, thiên hà là hệ sao khổng lồ chứa hàng triệu đến hàng tỉ ngôi sao và bị chi phối bởi vật chất tối, trong khi cụm sao chỉ là nhóm nhỏ gồm vài trăm đến vài nghìn ngôi sao, không có vật chất tối.

Tuy nhiên, một loại thiên hà lùn đặc biệt đã làm mờ ranh giới giữa hai khái niệm này. Thiên hà này có thể chứa lượng vật chất tối gấp hàng nghìn lần lượng vật chất phát sáng, khiến chúng rất khó quan sát.

Điển hình mới nhất là UMa3/U1, một hệ sao nhỏ nằm trong chòm sao Đại Hùng mà các nhà thiên văn phát hiện gần đây.

UMa3/U1 có đường kính chỉ 20 năm ánh sáng, chứa khoảng 60 ngôi sao với tổng khối lượng phát sáng tương đương 16 Mặt trời.

Nếu là thiên hà, nó sẽ là thiên hà nhỏ nhất và giàu vật chất tối nhất từng được phát hiện. Nếu là cụm sao, nó có thể là cụm sao cổ xưa nhất, lên đến 11 tỉ năm tuổi.

Ngay cả tên gọi của nó cũng chưa thống nhất. Nếu là thiên hà, tên đúng sẽ là Ursa Major III (vệ tinh của chòm Đại Hùng). Nếu là cụm sao, tên chính xác là UNIONS 1, vì nó được phát hiện qua chương trình khảo sát UNIONS (Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey).

Theo chuyên trang Universe Today, nhóm nghiên cứu thuộc Hiệp hội Thiên văn học Hoàng gia Anh đã áp dụng hai phương pháp chính nhằm phân loại bản chất thực sự của UMa3/U1.

Phương pháp thứ nhất tập trung vào yếu tố m phỏng động lực học (Dynamical Simulation). Nhóm nghiên cứu giả định UMa3/U1 là một cụm sao và tiến hành mô phỏng quá trình "bốc hơi". Đây là hiện tượng các ngôi sao dần thoát khỏi cụm do lực hấp dẫn không đủ mạnh để giữ chúng lại. 

Kết quả cho thấy hệ sao này có thể duy trì trạng thái ổn định thêm từ 2 đến 3 tỉ năm nữa. Thời gian tồn tại dài như vậy cho thấy cấu trúc này hoàn toàn có thể là một cụm sao ổn định lâu dài, thay vì một thiên hà.

Phương pháp thứ hai dựa trên phân tích hàm khối lượng (Mass Function Analysis). Phương pháp này đánh giá cách khối lượng được phân bố trong hệ sao. 

Ở cụm sao, khối lượng thường phân bố đồng đều, trong khi ở thiên hà, đặc biệt là thiên hà lùn, các ngôi sao có xu hướng tập trung dày đặc ở vùng trung tâm. Tuy nhiên, do các sao già ở lõi như sao lùn trắng và sao neutron có độ sáng rất thấp, chúng gần như không thể quan sát bằng các thiết bị hiện tại. Điều này khiến dữ liệu thu được chưa đủ để xác nhận chắc chắn.

Dựa trên hai phép phân tích nêu trên, các nhà thiên văn học bước đầu nhận định UMa3/U1 có thể là một cụm sao rất cổ, với tuổi thọ khoảng 11 tỉ năm. Tuy nhiên, họ cũng nhấn mạnh rằng cần thêm nhiều quan sát bổ sung, đặc biệt là từ các thiên hà cực mờ khác, để đưa ra kết luận cuối cùng.

Trong thời gian tới, sự xuất hiện của kính thiên văn Vera C. Rubin Observatory được kỳ vọng sẽ mở ra nhiều phát hiện mới về các thiên hà lùn cực mờ (UFD), qua đó giúp giới khoa học hiểu rõ hơn về lịch sử hình thành và tiến hóa của vũ trụ.