Vũ trụ chứa đầy các thiên hà, bản thân thiên hà chứa đầy các ngôi sao. Vào một thời điểm nào đó trong cuộc đời của mình, mỗi thiên hà đều có quá trình hình thành sao trong những đám mây khí hydro khổng lồ. Thậm chí ngày nay, một số thiên hà dường như có số lượng hoạt động sinh sao nhiều hơn bình thường và các nhà thiên văn muốn biết tại sao. Có rất nhiều ngôi sao được sinh ra trong một số thiên hà trong thời gian trước đó, chúng có thể trông giống như những vụ nổ pháo hoa vũ trụ. Các nhà thiên văn gọi những điểm nóng hình thành sao này là “thiên hà bùng nổ sao” (starburst galaxies).
Các thiên hà Starburst có tỷ lệ hình thành sao cao bất thường, và những vụ nổ đó kéo dài trong một thời gian ngắn trong suốt thời gian tồn tại lâu dài của thiên hà. Đó là bởi vì sự hình thành sao đốt cháy các nguồn dự trữ khí đốt của thiên hà rất nhanh chóng.
Có khả năng là sự bùng nổ đột ngột của sự ra đời của các ngôi sao được kích hoạt bởi một sự kiện cụ thể. Đó là khi hai hoặc nhiều thiên hà kết hợp với nhau trong một vũ điệu hấp dẫn dài và cuối cùng kết hợp với nhau. Trong quá trình hợp nhất, khí của tất cả các thiên hà liên quan được trộn lẫn với nhau. Vụ va chạm gửi các sóng xung kích xuyên qua các đám mây khí đó, chúng nén các chất khí và gây ra các vụ nổ hình thành sao.
Thuộc tính của Thiên hà Starburst
Thiên hà Starburst không phải là một loại thiên hà “mới”, mà chỉ đơn giản là một thiên hà (hoặc các thiên hà hỗn hợp) trong một giai đoạn tiến hóa cụ thể của chúng. Mặc dù vậy, có một số thuộc tính hiển thị trong hầu hết các thiên hà starburst:
- Tốc độ hình thành sao rất nhanh. Các thiên hà này sẽ tạo ra các ngôi sao với tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ trung bình của hầu hết các thiên hà “thông thường”;
- Sự sẵn có của khí và bụi. Một số thiên hà có thể có tốc độ hình thành sao cao hơn bình thường chỉ đơn giản là do chúng chứa nhiều khí và bụi. Tuy nhiên, một số thiên hà bùng nổ sao không có dự trữ để giải thích tại sao chúng lại có tỷ lệ hình thành sao cao như vậy, vì vậy sự hợp nhất có thể không phải là lời giải thích duy nhất;
- Tốc độ hình thành sao không nhất quán với độ tuổi của thiên hà. Điểm chính là tốc độ hình thành sao hiện tại không thể không đổi kể từ khi hình thành thiên hà theo tuổi của nó. Một thiên hà già hơn đơn giản là sẽ không còn đủ khí để tiếp tục hành động tái sinh của các vì sao trong hàng tỷ năm. Trong một số thiên hà bùng nổ sao, các nhà thiên văn nhìn thấy một vụ nổ sinh ra sao đột ngột, và thường được giải thích là sự hợp nhất hoặc gặp gỡ tình cờ với thiên hà khác.
Các nhà thiên văn học đôi khi cũng so sánh tốc độ hình thành sao trong một thiên hà so với chu kỳ quay của nó. Ví dụ, nếu thiên hà thải hết khí có sẵn của nó trong một vòng quay của thiên hà (với tốc độ hình thành sao cao), thì nó có thể được coi là một thiên hà bùng nổ sao. Dải Ngân hà quay mỗi 220 triệu năm một lần; một số thiên hà đi chậm hơn nhiều, và có những thiên hà khác nhanh hơn.
Một phương pháp khác được chấp nhận rộng rãi để xem liệu một thiên hà có phải là bùng nổ sao hay không là so sánh tốc độ hình thành sao với tuổi của vũ trụ. Nếu tốc độ hiện tại sẽ làm cạn kiệt toàn bộ lượng khí có sẵn trong thời gian ít hơn 13,7 tỷ năm, thì rất có thể một thiên hà nhất định có thể đang ở trạng thái bùng nổ sao.
Các loại Thiên hà Starburst
Hoạt động bùng nổ sao có thể xảy ra trong các thiên hà khác nhau, từ xoắn ốc đến không đều. Các nhà thiên văn học nghiên cứu những thiên thể này và phân loại chúng thành các loại phụ giúp mô tả tuổi và các đặc điểm khác của chúng. Các loại thiên hà Starburst bao gồm:
- Thiên hà Wolf-Rayet: được xác định bằng tỷ lệ của chúng với các ngôi sao sáng thuộc phân loại Wolf-Rayet. Các thiên hà thuộc loại này có các vùng có gió sao lớn, do các sao Wolf-Rayet thúc đẩy. Những con quái vật sao đó cực kỳ to lớn và sáng chói và có tỷ lệ mất khối lượng rất cao. Những cơn gió mà chúng tạo ra có thể va chạm với các vùng khí và thúc đẩy sự hình thành sao nhanh chóng.
- Các thiên hà nhỏ gọn màu xanh lam: các thiên hà có khối lượng thấp từng được cho là các thiên hà trẻ, mới bắt đầu hình thành các ngôi sao. Tuy nhiên, chúng thường chứa quần thể các ngôi sao rất già. Đó thường là một manh mối tốt cho thấy thiên hà đã khá già. Các nhà thiên văn học hiện đang nghi ngờ rằng các thiên hà nhỏ gọn màu xanh thực sự là kết quả của sự hợp nhất giữa các thiên hà có độ tuổi khác nhau. Một khi chúng va chạm, hoạt động bùng nổ sao sẽ tăng lên và thắp sáng các thiên hà.
- Thiên hà hồng ngoại phát sáng: những thiên hà mờ, ẩn, khó nghiên cứu vì chúng chứa lượng bụi cao có thể che khuất tầm quan sát. Thông thường, bức xạ hồng ngoại được phát hiện bởi kính thiên văn được sử dụng để xuyên qua bụi. Điều đó cung cấp manh mối để tăng sự hình thành sao. Một số vật thể trong số này được phát hiện có chứa nhiều lỗ đen siêu lớn, có thể ngăn chặn quá trình hình thành sao. Sự gia tăng số lượng sao trong các thiên hà như vậy phải là kết quả của một vụ sáp nhập thiên hà gần đây.
Nguyên nhân của sự hình thành sao ngày càng tăng
Mặc dù sự hợp nhất của các thiên hà được xác định là nguyên nhân chính dẫn đến sự ra đời của các ngôi sao trong các thiên hà này, các quá trình chính xác vẫn chưa được hiểu rõ. Một phần, điều này là do các thiên hà bùng nổ sao có nhiều hình dạng và kích cỡ, vì vậy có thể có nhiều hơn một điều kiện dẫn đến sự hình thành sao tăng lên. Tuy nhiên, để một thiên hà đầy sao có thể hình thành đều, cần phải có rất nhiều khí có sẵn để tạo ra các ngôi sao mới. Ngoài ra, một cái gì đó phải làm xáo trộn khí, để bắt đầu quá trình sụp đổ hấp dẫn dẫn đến việc tạo ra các vật thể mới. Hai yêu cầu đó khiến các nhà thiên văn nghi ngờ sự hợp nhất thiên hà và sóng xung kích là hai quá trình có thể dẫn đến các thiên hà bùng nổ sao.
Hai khả năng khác về nguyên nhân của các thiên hà nổ sao bao gồm:
- Hạt nhân thiên hà hoạt động (AGN): Hầu như tất cả các thiên hà đều chứa một lỗ đen siêu lớn trong lõi của chúng. Một số thiên hà dường như đang ở trong trạng thái hoạt động cao, nơi lỗ đen trung tâm đang phóng ra một lượng lớn năng lượng. Có rất nhiều bằng chứng cho thấy sự hiện diện của một lỗ đen như vậy có thể làm suy giảm hoạt động hình thành sao. Tuy nhiên, trong trường hợp của những hạt nhân thiên hà đang hoạt động này, trong những điều kiện thích hợp, chúng cũng có thể kích hoạt sự hình thành sao nhanh chóng do sự tích tụ của vật chất trong đĩa và cuối cùng sự phóng ra khỏi lỗ đen của nó có thể tạo ra sóng xung kích có thể kích hoạt sự hình thành sao.
- Tỷ lệ siêu tân tinh cao: Siêu tân tinh là những sự kiện dữ dội. Nếu tốc độ các vụ nổ tăng lên do sự hiện diện của một số lượng rất cao các ngôi sao lão hóa trong một khu vực nhỏ, thì các sóng xung kích có thể bắt đầu sự gia tăng nhanh chóng trong quá trình hình thành sao. Tuy nhiên, một sự kiện như vậy để xảy ra các điều kiện sẽ phải là lý tưởng; nhiều hơn những khả năng khác được liệt kê ở đây.
John P. Millis, Ph.D, Carolyn Collins Petersen.
