Tin tức Vũ trụ TV

Các phép đo gia tốc sao xung tiết lộ mặt tối của Dải Ngân hà

Ngày:
Th1 12, 2021
Tóm lược:

Ai cũng biết rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc do một năng lượng tối bí ẩn. Trong các thiên hà, các ngôi sao cũng trải qua một gia tốc, mặc dù điều này là do sự kết hợp nào đó giữa vật chất tối và mật độ sao. Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu hiện đã thu được phép đo trực tiếp đầu tiên về gia tốc trung bình diễn ra trong thiên hà nhà của chúng ta, Dải Ngân hà.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Các gợn sóng trong đĩa Ngân Hà được hiển thị, cùng với các mảnh vụn thủy triều từ thiên hà lùn Nhân Mã. Các sao xung được Chakrabarti và các cộng tác viên phân tích để tính toán gia tốc thiên hà được hiển thị trong hình bên.Tín dụng: IAS; Dana Berry
Các gợn sóng trong đĩa Ngân Hà được hiển thị, cùng với các mảnh vụn thủy triều từ thiên hà lùn Nhân Mã. Các sao xung được Chakrabarti và các cộng tác viên phân tích để tính toán gia tốc thiên hà được hiển thị trong hình bên.
Tín dụng: IAS; Dana Berry

Ai cũng biết rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc do một năng lượng tối bí ẩn. Trong các thiên hà, các ngôi sao cũng trải qua một gia tốc, mặc dù điều này là do sự kết hợp nào đó giữa vật chất tối và mật độ sao. Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters , các nhà nghiên cứu hiện đã thu được phép đo trực tiếp đầu tiên về gia tốc trung bình diễn ra trong thiên hà nhà của chúng ta, Dải Ngân hà.

Được dẫn dắt bởi Sukanya Chakrabarti tại Viện Nghiên cứu Cao cấp cùng với các cộng tác viên từ Viện Công nghệ Rochester, Đại học Rochester và Đại học Wisconsin-Milwaukee, nhóm đã sử dụng dữ liệu pulsar để đồng hồ gia tốc hướng tâm và thẳng đứng của các ngôi sao trong và ngoài mặt phẳng thiên hà. Dựa trên các phép đo mới có độ chính xác cao và lượng vật chất nhìn thấy được trong thiên hà, các nhà nghiên cứu sau đó có thể tính toán mật độ vật chất tối của Dải Ngân hà mà không cần đưa ra giả thiết thông thường rằng thiên hà đang ở trạng thái ổn định.

Chakrabarti, tác giả chính của bài báo và là Thành viên hiện tại và là Thành viên IBM Einstein tại Viện Nghiên cứu Cao cấp cho biết: “Phân tích của chúng tôi không chỉ mang lại cho chúng tôi phép đo đầu tiên về những gia tốc cực nhỏ mà các ngôi sao trong thiên hà trải qua, mà còn mở ra khả năng mở rộng nghiên cứu này để hiểu bản chất của vật chất tối, và cuối cùng là năng lượng tối trên các quy mô lớn”.

Các ngôi sao lao qua thiên hà với tốc độ hàng trăm km / giây, nhưng nghiên cứu này chỉ ra rằng sự thay đổi vận tốc của chúng đang diễn ra với tốc độ của một con ốc sên – vài cm trên giây, tương đương với tốc độ của một đứa trẻ đang bò. Để phát hiện chuyển động tinh vi này, nhóm nghiên cứu đã dựa vào khả năng lưu giữ thời gian siêu chính xác của các sao xung phân bố rộng khắp mặt phẳng thiên hà và vầng hào quang – một vùng hình cầu khuếch tán bao quanh thiên hà.

Đồng tác giả Philip Chang của Đại học Wisconsin-Milwaukee cho biết: “Bằng cách khai thác các đặc tính độc đáo của sao xung, chúng tôi có thể đo những gia tốc rất nhỏ trong Thiên hà. Công trình của chúng tôi mở ra một cửa sổ mới trong động lực học thiên hà”.

Mở rộng ra bên ngoài khoảng 300.000 năm ánh sáng từ trung tâm thiên hà, vầng hào quang có thể cung cấp những gợi ý quan trọng để hiểu về vật chất tối, chiếm khoảng 90% khối lượng của thiên hà và tập trung cao độ ở trên và dưới mặt phẳng thiên hà dày đặc sao. Chuyển động của các ngôi sao trong khu vực cụ thể này – trọng tâm chính của nghiên cứu này – có thể bị ảnh hưởng bởi vật chất tối. Sử dụng các phép đo mật độ cục bộ thu được thông qua nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu giờ đây sẽ có ý tưởng tốt hơn về cách thức và vị trí tìm kiếm vật chất tối.

Trong khi các nghiên cứu trước đây giả định trạng thái cân bằng thiên hà để tính mật độ khối lượng trung bình, nghiên cứu này dựa trên trạng thái tự nhiên, không cân bằng của thiên hà. Người ta có thể tương tự điều này với sự khác biệt giữa bề mặt của một cái ao trước và sau khi một hòn đá được ném vào. Bằng cách tính toán các “gợn sóng”, nhóm đã có thể có được bức tranh thực tế chính xác hơn. Mặc dù trong trường hợp này, thay vì đá, Dải Ngân hà bị ảnh hưởng bởi một lịch sử hỗn loạn về sự hợp nhất giữa các thiên hà và tiếp tục bị xáo trộn bởi các thiên hà lùn bên ngoài như Đám mây Magellan Lớn và Nhỏ. Kết quả là, các ngôi sao không có quỹ đạo phẳng và có xu hướng đi theo một con đường tương tự như đường của một bản ghi vinyl cong vênh, băng qua bên trên và bên dưới mặt phẳng thiên hà.

Bài báo mang tính bước ngoặt này mở rộng dựa trên công trình của Jan H. Oort (1932); John Bahcall (1984); Kuijken & Gilmore (1989); Holmberg & Flynn (2000); Jo Bovy & Scott Tremaine (2012) để tính mật độ khối lượng trung bình trong mặt phẳng thiên hà (giới hạn Oort) và mật độ vật chất tối cục bộ. Các học giả IAS bao gồm Oort, Bahcall, Bovy, Tremaine và Chakrabarti đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu này.

Scott Tremaine, Giáo sư danh dự tại Viện Nghiên cứu Cao cấp cho biết: “Trong nhiều thế kỷ, các nhà thiên văn đã đo vị trí và tốc độ của các ngôi sao, nhưng chúng chỉ cung cấp một bức ảnh chụp nhanh về hành vi động học phức tạp của thiên hà Milky Way”. “Các gia tốc do Chakrabarti và các cộng sự của cô ấy đo được là trực tiếp gây ra bởi lực hấp dẫn từ vật chất trong thiên hà, cả hữu hình và bóng tối, và do đó cung cấp một cửa sổ mới và đầy hứa hẹn về sự phân bố và thành phần của vật chất trong thiên hà và vũ trụ. “

Bài báo cụ thể này sẽ cho phép nhiều nghiên cứu trong tương lai. Các phép đo chính xác về gia tốc cũng sẽ sớm có thể thực hiện được bằng cách sử dụng phương pháp vận tốc xuyên tâm bổ sung mà Chakrabarti đã phát triển vào đầu năm nay, phương pháp đo sự thay đổi vận tốc của các ngôi sao với độ chính xác cao. Công việc này cũng sẽ cho phép mô phỏng chi tiết hơn về Dải Ngân hà, cải thiện những hạn chế đối với thuyết tương đối rộng và cung cấp manh mối trong việc tìm kiếm vật chất tối. Các phần mở rộng của phương pháp này cuối cùng cũng có thể cho phép chúng ta đo trực tiếp gia tốc vũ trụ.

Mặc dù vẫn chưa có hình ảnh trực tiếp về thiên hà quê hương của chúng ta – tương tự như ảnh của Trái đất do các phi hành gia Apollo chụp – nhưng nghiên cứu này đã cung cấp những chi tiết mới cần thiết giúp hình dung tổ chức động của thiên hà từ bên trong.


Nguồn truyện:

Tài liệu do Viện Nghiên cứu Cao cấp cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Sukanya Chakrabarti, Philip Chang, Michael T. Lam, Sarah J. Vigeland, Alice C. Quillen. Phép đo mật độ khối lượng mặt phẳng Thiên hà từ các gia tốc sao xung nhị phân . arXiv.org , ngày 2 tháng 1 năm 2021; [ tóm tắt ]

Bài viết liên quan

Bài viết mới