MỘT THIÊN HÀ KHÔNG CÓ SAO?

Bức tranh chuẩn về vũ trụ cho rằng vật chất tối xuất hiện trước. Những cụm vô hình của nó — gọi là quầng (halo) — hình thành, khí rơi vào đó, nguội đi và bừng sáng thành các ngôi sao. Nhưng không phải quầng nhỏ nhất nào cũng làm được điều đó. Trước khi vũ trụ tái ion hóa, khí của chúng nguội quá chậm; sau đó, nó bị giữ ấm bởi ánh sáng tử ngoại tràn ngập vũ trụ. Những quầng như vậy sẽ giữ mãi lượng khí ban đầu và không bao giờ tạo ra dù chỉ một ngôi sao.

Các nhà thiên văn gọi chúng là RELHIC — Reionization-Limited H i Clouds — hay đơn giản là “thiên hà tối”. Chúng là một tiên đoán chắc chắn của lý thuyết. Chúng cũng rất khó tìm: không có sao, chúng vô hình trước các kính thiên văn thông thường. Cách duy nhất để phát hiện chúng là qua ánh sáng vô tuyến yếu ớt của hydro trung hòa ở bước sóng 21 centimet.

Một đám mây cô độc

Một nhóm do Jin-Long Xu (Đài Thiên văn Quốc gia, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc) và Alejandro Benítez-Llambay (Đại học Milano-Bicocca) dẫn đầu đã tìm thấy một đám mây như vậy trong một cuộc khảo sát vô tuyến “mù” bằng FAST, kính thiên văn vô tuyến 500 mét của Trung Quốc. Họ quan sát nó thêm ba lần vào tháng 7 và tháng 8 năm 2026. Các lần quan sát lặp lại vào những ngày khác nhau đã loại trừ khả năng nhiễu vô tuyến. Đám mây không có trong các danh mục ứng viên thiên hà tối hiện có.

Họ đặt tên cho nó là J1351+0039. Nó nằm cách chúng ta khoảng 3,7 megaparsec — chừng 12 triệu năm ánh sáng. Không có thiên hà lớn nào trong phạm vi 100.000 parsec quanh nó. Cũng không có đuôi hay cầu khí nào cho thấy vật chất bị xé ra từ một thiên hà láng giềng.

Các con số nói gì

• Hydro trung hòa: khoảng 480.000 lần khối lượng Mặt Trời; khoảng 640.000 nếu tính cả heli.
• Kích thước: bán kính hiệu dụng 2,9 kiloparsec, và hình dạng gần như tròn (tỉ lệ trục 0,94).
• Sao: không phát hiện được trong các ảnh chụp sâu của DESI Legacy Survey. Tối đa 150.000 khối lượng Mặt Trời sao có thể đang ẩn dưới ngưỡng phát hiện.
• Tổng khối lượng, đo từ tốc độ chuyển động của khí: khoảng 130 triệu khối lượng Mặt Trời.

Từ đó ra tỉ lệ khoảng 200 giữa vật chất tối và vật chất thông thường. Các tác giả tính rằng nếu không có khối lượng vô hình đó, đám mây sẽ tan rã trong khoảng 240 triệu năm.

Khí hầu như không quay — khoảng 4 km/s — trong khi các chuyển động hỗn loạn bên trong đạt khoảng 11,6 km/s. Vậy đám mây được giữ vững bởi áp suất, như một quả cầu khí ấm, chứ không quay như một chiếc đĩa. Nhiệt độ của nó, khoảng 11.000 K, khớp với khí được giữ ấm bởi phông tử ngoại vũ trụ: nó chưa bao giờ nguội đủ để tạo sao.

Những điều còn chưa chắc chắn

Các tác giả rất thận trọng. Một quần thể sao rất loãng, như của thiên hà lùn siêu mờ Leo T, vẫn sẽ vô hình trong các ảnh hiện tại ở khoảng cách này. Cần những ảnh sâu hơn từ không gian, bằng kính Hubble hoặc kính viễn vọng không gian James Webb, để xác nhận đám mây thật sự không có sao. Sự quay yếu cũng là điều bất ngờ với một RELHIC; các tác giả cho rằng đám mây có thể đã từ từ nhận được một chút chuyển động quay.

Vì vậy J1351+0039 là một ứng viên: hoặc là một thiên hà tối thực sự, hoặc là một thiên hà thông thường cực kỳ mờ nhạt.

Ứng viên “sạch” nhất từ trước đến nay

Các ứng viên trước đây — Cloud-9 gần thiên hà M94, và hai đám gần M51 — nằm sát những thiên hà lớn mà lực hấp dẫn có thể đã định hình chúng. J1351+0039 thì đơn độc. Theo các tác giả, điều đó khiến nó trở thành ứng viên thiên hà tối biệt lập sạch nhất và thuyết phục nhất được tìm thấy cho đến nay: một phòng thí nghiệm tự nhiên để nghiên cứu vật chất tối và khí ở nơi chưa từng có ngôi sao nào hình thành.