Sự sống trên Trái đất không thể tồn tại nếu thiếu carbon. Nhưng carbon cũng không tồn tại nếu không có các vì sao. Gần như mọi nguyên tố - trừ hydro và heli - xuất hiện nhờ quá trình nhiệt hạch trong lõi các vì sao. Và khi sao chết đi và phát nổ, những nguyên tố này được phát tán vào vũ trụ.
Các hành tinh như Trái đất hình thành nhờ tích hợp các nguyên tử do sao tạo thành: sắt trong phần lõi, oxy trong bầu khí quyển hoặc carbon trong cơ thể chúng ta...
Mới đây, một nhóm các nhà khoa học Mỹ và Canada đã xác nhận rằng carbon và nhiều nguyên tử hình thành sao không chỉ trôi dạt trong vũ trụ cho tới khi chúng trở thành một phần của thiên thể khác.
Với những thiên hà vẫn đang tích cực hình thành sao mới như Dải Ngân hà, các nguyên tử này có một hành trình quanh co. Chúng đi vòng quanh thiên hà gốc trong dòng khí hoặc plasma khổng lồ mở rộng tới các thiên hà khác. Những dòng chảy này được gọi là môi trường quanh thiên hà (circumgalactic medium).
Chúng giống như những băng chuyền đẩy vật chất ra và kéo chúng lại vào trong thiên hà, nơi lực hấp dẫn và các lực khác có thể ráp những vật liệu thô này thành hành tinh, mặt trăng, tiểu hành tinh, sao chổi và thậm chí cả sao mới.
"Hãy nghĩ về môi trường xung quanh thiên hà như một nhà ga xe lửa khổng lồ: nó liên tục đẩy vật chất ra ngoài và kéo chúng trở lại", Samantha Garza, người đang trong giai đoạn cuối của quá trình lấy bằng tiến sĩ của Đại học Washington, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết. “Các nguyên tố nặng do các ngôi sao tạo ra bị các vụ nổ siêu tân tinh đẩy khỏi thiên hà chủ của chúng vào môi trường xung quanh thiên hà, nhưng chúng có thể bị kéo trở lại và tiếp tục chu kỳ hình thành sao và hành tinh.”
Hình ảnh một phần dày đặc sao trong Dải Ngân hà, chụp bằng Kính viễn vọng Không gian Hubble. Nguồn: NASA/ESA/Hubble Heritage Team
Năm 2011, một nhóm các nhà khoa học lần đầu xác nhận lý thuyết cho rằng những thiên hà hình thành sao như Dải Ngân hà của chúng ta được môi trường quanh thiên hà bao bọc. Và đám mây vật chất lớn luôn luân chuyển này chứa đầy các khí nóng giàu oxy.
Và nghiên cứu mới do Đại học Washington đứng đầu đã khám phá ra rằng môi trường bao quanh thiên hà hình thành sao cũng luân chuyển vật chất có nhiệt độ thấp hơn như carbon.
Garza cho biết, "môi trường quanh thiên hà hoạt động như một bể chứa carbon và oxy khổng lồ. Ít nhất trong các thiên hà hình thành sao, các vật liệu này sẽ quay trở lại thiên hà để tiếp tục quá trình tái chế".
Nghiên cứu về môi trường quanh thiên hà giúp các nhà khoa học hiểu được quá trình tái chế lắng xuống như thế nào - đây là điều sẽ xảy ra với mọi thiên hà, ngay cả với Dải Ngân hà của chúng ta. Một lý thuyết cho rằng môi trường quanh thiên hà chậm lại hoặc trục trặc trong quá trình tái chế có thể là nguyên nhân dẫn đến các quần thể sao trong một thiên hà giảm sút trong thời gian dài.
Để thực hiện nghiên cứu, nhóm tác giả sử dụng Máy quang phổ Cosmic Origins (Nguồn gốc Vũ trụ) trên Kính viễn vọng không gian Hubble. Thiết bị này đo lường môi trường bao quanh của 11 thiên hà hình thành sao có ảnh hưởng thế nào tới ánh sáng từ chín chuẩn tinh (quasar) – những thiên thể cực xa và cực sáng trong vũ trụ.
Các phép đo của Hubble chỉ ra rằng một số ánh sáng từ các chuẩn tinh bị rất nhiều carbon trong môi trường quanh thiên hà hấp thụ.
Nhóm tác giả phát hiện, trong một số trường hợp, carbon trải rộng ra gần 400.000 năm ánh sáng vào không gian giữa các thiên hà. Khoảng cách này rất khổng lồ, gấp bốn lần đường kính của Dải Ngân hà.
Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu để định lượng giới hạn của các nguyên tố khác hình thành nên môi trường quanh thiên hà, và so sánh sự khác biệt về thành phần của chúng giữa những thiên hà vẫn đang sản sinh ra nhiều sao và những nơi hầu như đã ngừng hình thành sao. Đáp án cho những vấn đề này sẽ làm sáng tỏ khi nào và vì sao những thiên hà như Dải Ngân hà biến thành sa mạc sao.
Nguồn: