Hãy tưởng tượng về Thiên hà của chúng ta — một vòng xoáy tinh tú khổng lồ, nơi Hệ Mặt trời nằm gọn trong một trong những cánh tay xoắn ốc của nó. Từ lâu chúng ta đã biết Dải Ngân hà là một thiên hà xoắn ốc, nhưng việc phác họa chính xác cấu trúc của nó từ Trái Đất — vốn nằm sâu bên trong đĩa thiên hà — là một thử thách vô cùng khó khăn. Bụi và khí đã che khuất các cánh tay xa xôi, trong khi nhiều phương pháp đo đạc lại phụ thuộc vào các giả định về tốc độ quay của Thiên hà. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học vừa thu thập được những dữ liệu đáng tin cậy hơn: các cánh tay xoắn ốc bên ngoài vươn xa khỏi trung tâm hơn so với những gì chúng ta từng nhận định trước đây.
Khám phá này được thực hiện nhờ các kính viễn vọng tia X Chandra của NASA và XMM-Newton của châu Âu. Một nhóm nghiên cứu do Beatrice Vaia từ Ý dẫn đầu đã nghiên cứu hiện tượng "tiếng vang ánh sáng" — những vòng bức xạ tia X xuất hiện khi các luồng tia gamma từ các nguồn xa xôi phản chiếu qua các đám mây bụi trong các cánh tay của Dải Ngân hà. Chớp tia gamma là một trong những sự kiện sáng nhất trong Vũ trụ, xảy ra khi các ngôi sao khối lượng lớn sụp đổ hoặc các sao neutron sáp nhập, và chúng nằm cách rất xa ranh giới Thiên hà của chúng ta.
The images include X-ray data from Chandra and optical data from Pan-STARRS. The composite image shows X-ray rings generated by a gamma-ray burst (GRB), a bright X-ray source located outside our galaxy. In a phenomenon called light echoes, the X-rays from the GRB bounced off dust
Khi một xung ánh sáng mạnh mẽ đi xuyên qua Thiên hà, một phần của nó sẽ bị tán xạ bởi bụi. Trong dải tia X, hiện tượng này tạo ra các vòng tròn giãn nở, mà đường kính của chúng liên quan trực tiếp đến khoảng cách tới đám mây bụi. Bụi càng gần chúng ta thì vòng tròn càng lớn. Phương pháp hình học này hầu như không phụ thuộc vào các mô hình quay của Thiên hà và mang lại độ chính xác rất cao.
Các nhà nghiên cứu đã phân tích dữ liệu từ ba chớp tia gamma khác nhau. Họ đã đo đạc khoảng cách đến ba cánh tay: Perseus, Outer (Cánh tay Ngoài) và Outer Scutum-Centaurus (Cánh tay Khiên-Nhân Mã Ngoài). Kết quả cho thấy hai cánh tay xa nhất nằm cách tâm thiên hà xa hơn khoảng 10% so với những ước tính trước đây. Thoạt nhìn, sự khác biệt này có vẻ nhỏ, nhưng nó lại mang ý nghĩa then chốt trong việc thấu hiểu cấu trúc của Thiên hà.
"Đây là một cách đo khoảng cách rất trực tiếp, chỉ dựa thuần túy vào hình học," bà Beatrice Vaia nhận định. Trước đây, ở những vùng xa xôi của Thiên hà, mức độ sai số thường tăng lên do các mô hình quay trở nên kém tin cậy hơn. Những dữ liệu mới này có thể ảnh hưởng đến việc đánh giá tổng khối lượng của Dải Ngân hà và thậm chí cả những quan niệm về cách các cánh tay xoắn ốc được hình thành và duy trì.
Các nhà khoa học cũng ước tính chiều rộng của một trong những đám mây bụi xa xôi là khoảng 3.500 năm ánh sáng. Điều này chứng tỏ rằng các phép đo đang đề cập đến toàn bộ một cánh tay thiên hà, chứ không phải chỉ là một cụm bụi nhỏ ngẫu nhiên nào đó.
Tất nhiên, phương pháp này vẫn có những hạn chế nhất định: các chớp tia gamma rực rỡ có thể quan sát được xuyên qua mặt phẳng Thiên hà là rất hiếm gặp. Trong suốt 25 năm quan sát, các nhà khoa học chỉ tận dụng được một vài sự kiện phù hợp. Dù vậy, ngay cả những dữ liệu ít ỏi này cũng đã đủ để chúng ta phải nhìn nhận lại ngôi nhà chung giữa các vì sao của mình theo một cách mới.
Chúng ta vẫn đang tiếp tục khám phá Dải Ngân hà ngay cả khi đang sống bên trong nó. Mỗi chi tiết mới — từ vị trí chính xác của các cánh tay đến sự phân bổ khối lượng — đều giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và tiến hóa của Thiên hà. Và ai biết được, những bất ngờ nào đang chờ đợi chúng ta ở phía trước.
