Hãy tưởng tượng Thiên hà của chúng ta như một vòng xoáy tinh tú khổng lồ, với Hệ Mặt trời nằm 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 thường che khuất những cánh tay ở xa, và nhiều phương pháp đo lường hiện nay vẫn phải dựa trên các giả định về tốc độ quay của Thiên hà. Mới đây, các nhà thiên văn học đã thu thập được những dữ liệu đáng tin cậy hơn: các cánh tay xoắn ốc bên ngoài trải dài xa trung tâm hơn so với những gì chúng ta từng nghĩ.
Khám phá này được thực hiện nhờ kính thiên văn tia X Chandra của NASA và XMM-Newton của châu Âu. Nhóm nghiên cứu do Beatrice Vaia dẫn đầu tại Ý đã nghiên cứu hiện tượng "tiếng vang ánh sáng" — những vòng bức xạ tia X xuất hiện khi các luồng tia gamma từ những nguồn xa xôi phản xạ 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 Thiên hà của chúng ta.
Khi một xung ánh sáng mạnh mẽ đi qua Thiên hà, một phần của nó bị tán xạ bởi bụi. Trong dải tia X, hiện tượng này tạo ra các vòng tròn lan rộng với đường kính liên quan trực tiếp đến khoảng cách tới đám mây bụi. Bụi càng gần chúng ta thì vòng tròn quan sát được càng lớn. Phương pháp hình học này hầu như không phụ thuộc vào các mô hình quay của Thiên hà, từ đó mang lại độ chính xác cực cao.
Các nhà nghiên cứu đã phân tích dữ liệu từ ba chớp tia gamma khác nhau. Họ đã đo khoảng cách đến ba cánh tay xoắn ốc: 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 trung tâm thiên hà xa hơn khoảng 10% so với các ước tính trước đây. Thoạt nhìn, sự khác biệt này có vẻ nhỏ, nhưng nó lại đóng vai trò quan trọng trong việc thấu hiểu cấu trúc của Thiên hà.
Beatrice Vaia nhận định: “Đây là một cách đo khoảng cách rất trực tiếp, chỉ dựa thuần túy trên các nguyên lý hình học.” Trước đây, sai số ở những vùng xa xôi của Thiên hà thường rất lớn do các mô hình chuyển động quay trở nên kém tin cậy. Những dữ liệu mới này có thể làm thay đổi các ước tính về tổng khối lượng của Dải Ngân hà và thậm chí là quan niệm về cách các cánh tay xoắn ốc hình thành và duy trì.
Các nhà khoa học cũng ước tính chiều rộng của một trong những đám mây bụi ở xa là khoảng 3.500 năm ánh sáng. Điều này chứng tỏ rằng các phép đo đang phản ánh cấu trúc của toàn bộ cánh tay xoắn ốc chứ không chỉ là một cụm bụi nhỏ ngẫu nhiên.
Tất nhiên, phương pháp này vẫn có những hạn chế nhất định: các chớp tia gamma đủ sáng để có thể quan sát xuyên qua đĩa Thiên hà là rất hiếm gặp. Trong suốt 25 năm quan sát, chỉ có một vài sự kiện phù hợp được ghi nhận để sử dụng. Dẫu vậy, ngay cả những dữ liệu ít ỏi này cũng đủ để buộc chúng ta phải nhìn nhận lại ngôi nhà chung giữa các vì sao của mình.
Chúng ta vẫn đang tiếp tục khám phá Dải Ngân hà dù đang sống ngay 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 còn chờ đợi chúng ta ở phía trước.