Con người đã quan sát bầu trời đêm suốt hàng ngàn năm, nhưng một số đặc điểm quan trọng nhất của Dải Ngân Hà lại không thể nhìn thấy bằng ánh sáng thông thường. Tiến sĩ Jo-Anne Brown đang nỗ lực lập bản đồ cho một trong những “thành phần vô hình” đó: từ trường của thiên hà — một cấu trúc khổng lồ có thể chi phối cách khí chuyển động, nơi các ngôi sao hình thành và cách các hạt vũ trụ di chuyển.

“Nếu không có từ trường, thiên hà sẽ tự sụp đổ dưới tác động của lực hấp dẫn,” Brown, giáo sư Khoa Vật lý và Thiên văn học tại Đại học Calgary, cho biết.

“Chúng ta cần hiểu rõ từ trường của thiên hà trông như thế nào ở thời điểm hiện tại, để có thể xây dựng các mô hình chính xác dự đoán cách nó sẽ tiến hóa trong tương lai.”

Vào tháng 1, Brown và các cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu trong hai bài báo đăng trên The Astrophysical Journal và The Astrophysical Journal Supplement Series. Bên cạnh các kết luận khoa học, nhóm nghiên cứu còn công bố toàn bộ bộ dữ liệu để cộng đồng sử dụng rộng rãi, cung cấp cho các nhà khoa học trên toàn thế giới một điểm tham chiếu mới nhằm nghiên cứu môi trường từ hóa của Dải Ngân Hà và kiểm nghiệm các giả thuyết về sự hình thành của từ trường này.

Góc Nhìn Mới Về Bầu Trời Vô Tuyến

Để xây dựng bộ dữ liệu đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các quan sát vô tuyến — phương pháp có thể thăm dò những vùng trong thiên hà mà ánh sáng khả kiến khó tiếp cận.

Họ sử dụng một kính thiên văn mới tại Đài Thiên văn Vô tuyến Dominion ở bang British Columbia (Canada), thuộc Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada, để quét bầu trời phía bắc ở nhiều tần số vô tuyến khác nhau. Cách tiếp cận này giúp tách biệt và làm rõ các tín hiệu chồng lấn dọc theo cùng một đường quan sát.

“Phạm vi quan sát rộng thực sự cho phép chúng tôi đi sâu vào các chi tiết của cấu trúc từ trường,” Tiến sĩ Anna Ordog, tác giả chính của nghiên cứu đầu tiên, cho biết.

Cuộc khảo sát đã tạo ra một tập hợp lớn các phép đo được hiệu chỉnh cẩn thận cho Dự án Khảo sát Môi trường Từ–Ion Toàn cầu (GMIMS) — một nỗ lực nhằm lập bản đồ từ trường của Dải Ngân Hà bằng dữ liệu vô tuyến.

Các quan sát tập trung vào hiện tượng quay Faraday, tức là sự xoay đặc trưng của hướng sóng vô tuyến khi chúng đi qua khí ion hóa có chứa từ trường. Việc theo dõi cách sự xoay này thay đổi theo vị trí trên bầu trời và theo tần số mang lại một công cụ mạnh mẽ để lần theo kiến trúc từ tính vốn vô hình bao quanh Hệ Mặt Trời của chúng ta.

“Bạn có thể hình dung nó giống như hiện tượng khúc xạ. Một chiếc ống hút trong ly nước trông như bị cong vì cách ánh sáng tương tác với vật chất,” Rebecca Booth, nghiên cứu sinh tiến sĩ làm việc cùng Brown và là tác giả chính của nghiên cứu thứ hai, giải thích. “Quay Faraday cũng tương tự, nhưng ở đây là các electron và từ trường trong không gian tương tác với sóng vô tuyến.”

Bí Ẩn Đường Chéo Trong Nhánh Sagittarius

Trong nghiên cứu thứ hai, Booth tập trung vào một đặc điểm độc đáo của Dải Ngân Hà — Nhánh Sagittarius, nơi từ trường bị đảo chiều.

“Nếu bạn có thể nhìn thiên hà từ phía trên, thì từ trường tổng thể quay theo chiều kim đồng hồ,” Brown nói. “Nhưng riêng tại Nhánh Sagittarius, nó lại quay ngược chiều kim đồng hồ. Chúng tôi không hiểu quá trình chuyển tiếp này diễn ra như thế nào. Rồi một ngày, Anna mang đến một số dữ liệu, và tôi đã thốt lên: ‘Trời ơi, sự đảo chiều này là theo đường chéo!’”

Booth đã tiếp tục phân tích phát hiện của Ordog bằng cách sử dụng bộ dữ liệu mới.

“Nghiên cứu của tôi đưa ra một mô hình ba chiều mới cho sự đảo chiều của từ trường. Từ Trái Đất, hiện tượng này sẽ xuất hiện dưới dạng một đường chéo mà chúng ta quan sát được trong dữ liệu,” Booth giải thích.