Các nhà thiên văn học, sử dụng những mô phỏng máy tính tiên tiến, đã phát hiện rằng phần lớn vật chất nằm bên ngoài Nhóm Thiên Hà Địa Phương — bao gồm Dải Ngân Hà và thiên hà Andromeda — được sắp xếp thành một cấu trúc khổng lồ, dẹt và phẳng, thay vì phân bố đồng đều theo mọi hướng. Phía trên và phía dưới mặt phẳng này là những vùng không gian rộng lớn gần như không có vật chất.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng sự phân bố “phẳng” này là cách duy nhất có thể giải thích chính xác cả tổng khối lượng kết hợp của Dải Ngân Hà và Andromeda, lẫn chuyển động bất thường của các thiên hà lân cận. Nghiên cứu do nghiên cứu sinh tiến sĩ Ewoud Wempe và Giáo sư Amina Helmi (Đại học Groningen) dẫn dắt, phối hợp cùng các nhà khoa học từ Đức, Pháp và Thụy Điển, và đã được công bố trên tạp chí Nature Astronomy.

Gần 100 năm trước, nhà thiên văn Edwin Hubble đã chỉ ra rằng hầu hết các thiên hà đều đang rời xa Dải Ngân Hà — một quan sát then chốt giúp củng cố ý tưởng rằng vũ trụ đang giãn nở và khởi nguồn từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Tuy nhiên, ngay từ thời điểm đó, các nhà khoa học cũng nhận thấy những ngoại lệ quan trọng. Chẳng hạn, thiên hà Andromeda đang chuyển động về phía Dải Ngân Hà với tốc độ khoảng 100 km/giây.

Trong nhiều thập kỷ, giới khoa học gặp khó khăn trong việc lý giải vì sao hầu hết các thiên hà lớn gần Dải Ngân Hà — ngoại trừ Andromeda — dường như đang rời xa chúng ta và gần như không chịu ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn của Nhóm Thiên Hà Địa Phương (gồm Dải Ngân Hà, Andromeda và hàng chục thiên hà nhỏ khác).

Các mô phỏng mới đã mang đến lời giải cho bí ẩn kéo dài này. Dưới sự dẫn dắt của Ewoud Wempe tại Viện Kapteyn (Groningen), nhóm nghiên cứu quốc tế phát hiện rằng vật chất ngay bên ngoài Nhóm Thiên Hà Địa Phương — bao gồm cả vật chất tối bao quanh — tạo thành một “tấm” phẳng rộng lớn, kéo dài hàng chục triệu năm ánh sáng. Phía trên và dưới cấu trúc này là những vùng trống mênh mông. Khi cấu hình này được đưa vào mô phỏng, kết quả thu được khớp chặt chẽ với vị trí và vận tốc quan sát được của các thiên hà lân cận, từ đó cung cấp một lời giải thích thống nhất cho chuyển động của chúng.

“Bản Sao Ảo” Của Nhóm Thiên Hà Địa Phương

Thuật toán mô phỏng bắt đầu từ các vùng trong vũ trụ sơ khai, với phân bố khối lượng dựa trên các quan sát về bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Nhờ máy tính hiệu năng cao, mô hình này sau đó được cho tiến hóa để tái tạo các đặc điểm của Nhóm Thiên Hà Địa Phương ngày nay, bao gồm khối lượng, vị trí và vận tốc của Dải Ngân Hà và Andromeda, cũng như vị trí và vận tốc của 31 thiên hà nằm ngay bên ngoài nhóm này. Kết quả là các mô phỏng có thể được xem như những “bản sao ảo” của môi trường vũ trụ quanh chúng ta.

Trong kết quả mô phỏng với phân bố khối lượng dạng phẳng, 31 thiên hà xung quanh có vận tốc tương đương với những gì quan sát được trong thực tế. Các thiên hà đang chuyển động ra xa chúng ta, bất chấp khối lượng lớn của Nhóm Thiên Hà Địa Phương. Lý do là đối với các thiên hà nằm trong mặt phẳng này, lực hút hấp dẫn của Nhóm Thiên Hà Địa Phương bị triệt tiêu bởi khối lượng vật chất nằm xa hơn nhưng vẫn trong cùng mặt phẳng. Còn ở ngoài mặt phẳng — nơi người ta kỳ vọng vật chất sẽ chuyển động về phía chúng ta — thì lại không hề có thiên hà nào.

Niềm Vui Từ Khám Phá

Theo nhà nghiên cứu chính Ewoud Wempe, đây là lần đầu tiên có một đánh giá toàn diện về sự phân bố và vận tốc của vật chất tối trong khu vực bao quanh Dải Ngân Hà và Andromeda.

“Chúng tôi đang khảo sát mọi cấu hình cục bộ có thể có của vũ trụ sơ khai, những cấu hình cuối cùng dẫn đến sự hình thành của Nhóm Thiên Hà Địa Phương. Thật tuyệt vời khi giờ đây chúng tôi đã có một mô hình vừa phù hợp với mô hình vũ trụ học hiện tại, vừa phù hợp với động lực học của môi trường vũ trụ lân cận của chúng ta,” Wempe chia sẻ.

Giáo sư Amina Helmi cũng bày tỏ sự hào hứng với phát hiện này. Theo bà, các nhà thiên văn đã cố gắng giải quyết bài toán này suốt nhiều thập kỷ nhưng không thành công. “Tôi rất phấn khích khi thấy rằng, chỉ dựa trên chuyển động của các thiên hà, chúng ta có thể xác định được một phân bố khối lượng phù hợp với vị trí của các thiên hà trong và ngay bên ngoài Nhóm Thiên Hà Địa Phương.”