Vũ trụ bao la ẩn chứa vô vàn điều kỳ diệu, và việc tìm hiểu về vị trí của chúng ta trong đó là một hành trình không ngừng nghỉ. Từ hành tinh xanh Trái Đất, chúng ta vươn tầm mắt đến Hệ Mặt Trời, rồi đến Dải Ngân Hà, và xa hơn nữa. Bài viết này sẽ đưa bạn khám phá một cấu trúc vũ trụ vĩ đại hơn, đó là các “lưu vực hấp dẫn” khổng lồ, nơi các thiên hà di chuyển như dòng sông chảy về biển cả.
Vị Trí Của Chúng Ta Trong Vũ Trụ
Để định vị chính xác vị trí của mình, hãy bắt đầu từ những điều quen thuộc. Chúng ta đang sống trên Trái Đất, hành tinh thứ ba trong Hệ Mặt Trời, nơi Mặt Trời là ngôi sao trung tâm. Hệ Mặt Trời chỉ là một phần nhỏ của Dải Ngân Hà, một thiên hà xoắn ốc chứa hàng trăm tỷ ngôi sao. Dải Ngân Hà lại thuộc Cụm Địa phương, một nhóm các thiên hà lân cận, bao gồm cả thiên hà Andromeda. Cụm này lại nằm trong Siêu Cụm Xử Nữ, một cấu trúc khổng lồ chứa nhiều cụm thiên hà. Và cuối cùng, tất cả đều thuộc Laniakea, một siêu cấu trúc liên kết hàng triệu thiên hà trải dài khắp vũ trụ.
“Lưu Vực Hấp Dẫn” – Bí Ẩn Về Cấu Trúc Vũ Trụ
Các nhà thiên văn học, thông qua các cuộc khảo sát bầu trời sâu, đã phát hiện ra rằng tất cả những cấu trúc này đều là một phần của một cấu trúc vũ trụ quy mô lớn hơn, được gọi là vùng tập trung Shapley. Vùng này được ví như một “lưu vực hấp dẫn” khổng lồ, chứa một lượng vật chất tối và sáng khổng lồ. Lực hấp dẫn mạnh mẽ từ khối lượng này đã kéo các thiên hà, cụm thiên hà và nhóm thiên hà, bao gồm cả nhóm địa phương của chúng ta, vào một vùng không gian rộng lớn. Đây là khu vực có mật độ vật chất cao nhất trong vũ trụ quan sát được.
Không chỉ có vùng Shapley, vũ trụ còn chứa nhiều “lưu vực hấp dẫn” tương tự như siêu cụm Laniakea. Các nhà thiên văn học đang không ngừng nghiên cứu và lập bản đồ chi tiết các cấu trúc này để hiểu rõ hơn về sự phân bố vật chất và sự tiến hóa của vũ trụ.
Dòng Chảy Vũ Trụ: Thiên Hà Di Chuyển Như Sông
Một nghiên cứu gần đây của nhà thiên văn học Brent Tully (Đại học Hawaii) đã đo đạc chuyển động của hàng chục nghìn thiên hà, từ đó vẽ nên bức tranh toàn cảnh về các dòng chảy vũ trụ. Trong đó, các thiên hà di chuyển dưới tác động của lực hấp dẫn, tương tự như các dòng sông chảy về phía đại dương. Vũ trụ của chúng ta giống như một mạng lưới khổng lồ, với các thiên hà nằm dọc theo các sợi và tập trung tại các nút, nơi lực hấp dẫn kéo chúng lại với nhau.
Việc phát hiện ra những lưu vực lớn hơn này có thể thay đổi cơ bản sự hiểu biết của chúng ta về cấu trúc vũ trụ, dòng chảy vũ trụ và cấu trúc bản đồ.
Siêu Cấu Trúc Shapley – “Lưu Vực Hấp Dẫn” Lớn Hơn Laniakea
Nhóm nghiên cứu Cosmicflows của Brent Tully tập trung vào việc theo dõi chuyển động của các thiên hà xa xôi qua không gian. Các khảo sát dựa trên dịch chuyển đỏ đã tiết lộ sự biến đổi bất ngờ trong kích thước và phạm vi của các lưu vực hấp dẫn, bao gồm cả thiên hà địa phương của chúng ta.
Chúng ta đã biết rằng Hệ Mặt Trời nằm trong siêu cụm thiên hà Laniakea, một vùng không gian rộng khoảng 500 triệu năm ánh sáng. Tuy nhiên, chuyển động của các cụm thiên hà khác lại cho thấy sự hiện diện của một lực hấp dẫn lớn hơn, vượt xa phạm vi của Laniakea, và dường như đang điều hướng dòng chảy của các thiên hà xung quanh.
Dữ liệu từ Cosmicflows chỉ ra rằng chúng ta có thể là một phần của vùng tập trung Shapley, một siêu cấu trúc thiên hà có thể lớn hơn Laniakea đến 10 lần. Siêu cấu trúc này có thể chiếm một thể tích khoảng một nửa so với Vạn Lý Trường Thành, cấu trúc lớn nhất từng được biết trong vũ trụ, kéo dài đến 1.4 tỷ năm ánh sáng.
Vùng tập trung Shapley lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà thiên văn học Harlow Shapley vào những năm 1930, khi quan sát một đám mây thiên hà trong chòm sao Centaurus. Vị trí của siêu cụm này nằm dọc theo hướng chuyển động của nhóm thiên hà địa phương, nơi chứa Ngân Hà của chúng ta. Điều này dẫn đến giả thuyết rằng lực hấp dẫn từ siêu cụm Shapley có thể là nguyên nhân của những chuyển động bất thường của thiên hà chúng ta.
Thú vị hơn nữa, các thiên hà thuộc siêu cụm Xử Nữ, bao gồm cả nhóm địa phương và Ngân Hà, dường như đang di chuyển về phía vùng tập trung Shapley. Các cuộc khảo sát của Tully và cộng sự sẽ giúp xác nhận chuyển động này, hướng về một nguồn lực bí ẩn nào đó đang thu hút chúng.
Nguồn Gốc Của “Lưu Vực Hấp Dẫn”
Vậy những “lưu vực hấp dẫn” này bắt nguồn từ đâu? Chúng xuất hiện cùng tuổi với chính vũ trụ và được gắn kết vào mạng lưới vũ trụ. Các “hạt giống” của mạng lưới và các lưu vực hấp dẫn này đã được gieo từ hơn 13.8 tỷ năm trước, ngay sau vụ nổ lớn Big Bang.
Trong thời kỳ sơ khai, vũ trụ ở trạng thái cực kỳ nóng và đặc. Khi nó giãn nở và hạ nhiệt, sự phân bố vật chất trong không gian bắt đầu dao động. Những dao động này không hoàn toàn đồng đều, dẫn đến sự xuất hiện của các biến thiên nhỏ trong mật độ vật chất. Chúng có thể được coi như “hạt giống” ban đầu của các thiên hà, cụm thiên hà và thậm chí là những siêu cấu trúc rộng lớn mà chúng ta quan sát thấy ngày nay.
Thách Thức Cho Các Mô Hình Vũ Trụ Hiện Tại
Khi các nhà thiên văn học khảo sát bầu trời, họ tìm thấy bằng chứng về các cấu trúc này ở nhiều cấp độ khác nhau. Nhiệm vụ của họ không chỉ là tìm kiếm mà còn là giải thích sự hình thành và tiến hóa của chúng. Ví dụ, việc Laniakea, siêu cụm của chúng ta, có thể thuộc về một cấu trúc hấp dẫn lớn hơn như vùng tập trung Shapley đang đặt ra những câu hỏi lớn về tính đầy đủ của các mô hình vũ trụ học hiện tại. Những mô hình này có thể chưa hoàn toàn giải thích được sự hiện diện của những cấu trúc rộng lớn như vậy.
Nhà thiên văn học Sanchi (Đại học Hawaii) nhận xét rằng phát hiện này đặt ra một thách thức lớn: các cuộc khảo sát vũ trụ mà chúng ta đang thực hiện có thể chưa bao quát đủ không gian để vẽ nên bức tranh toàn cảnh về những “lưu vực hấp dẫn” khổng lồ này. Chúng ta vẫn đang nhìn vũ trụ qua những đôi mắt khổng lồ, nhưng ngay cả đôi mắt đó có thể vẫn không đủ lớn để nắm bắt được toàn bộ quy mô của vũ trụ mà chúng ta đang sống.
Lực Hấp Dẫn – Nhân Tố Quyết Định
Nhân tố quyết định mọi cấu trúc thiên văn, từ thiên hà đơn lẻ đến các cụm và siêu cụm khổng lồ, chính là lực hấp dẫn. Khối lượng càng lớn, lực hấp dẫn càng mạnh, và điều đó ảnh hưởng đến sự phân bố và chuyển động của vật chất xung quanh.
Trong nghiên cứu về các “lưu vực hấp dẫn”, nhóm của Brent Tully đã phân tích cách lực hấp dẫn tác động đến chuyển động của các thiên hà trong khu vực. Những “lưu vực” này tạo ra một lực kéo vô hình lên các thiên hà nằm trong và giữa chúng, làm thay đổi chuyển động tự nhiên của các thiên hà đó.
Để hiểu rõ hơn về sự dịch chuyển này, nhóm nghiên cứu của Tully sử dụng các khảo sát dịch chuyển đỏ để lập bản đồ chuyển động xuyên tâm, đo vận tốc và các chuyển động phức tạp khác của các thiên hà. Bằng cách lập bản đồ chi tiết về vận tốc của các thiên hà trên toàn bộ vũ trụ cục bộ, nhóm có thể xác định rõ hơn vùng không gian mà mỗi siêu cụm thống trị, hé lộ bức tranh về các “lưu vực hấp dẫn” vô hình.
Thách Thức Trong Việc Đo Lường
Những chuyển động này không dễ để đo lường chính xác. Do đó, nhóm nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp đo lường khác nhau, không chỉ tập trung vào vật chất phát sáng mà còn phải suy luận về sự tồn tại của vật chất tối. Khó khăn lớn hơn nữa là sự khác biệt giữa các thiên hà: chúng có hình thái học và mật độ vật chất khác nhau, điều này có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà thiên văn học đã sử dụng phép đo vận tốc riêng của thiên hà, tức là sự khác biệt giữa vận tốc thực tế và vận tốc dự kiến theo dòng chảy Hubble. Phép đo này phản ánh sự tương tác hấp dẫn giữa các thiên hà, vượt ra ngoài sự giãn nở của vũ trụ.
Kết quả của những khảo sát này không chỉ cung cấp bản đồ 3D chi tiết về các cấu trúc thiên hà mà còn mô tả chuyển động và vận tốc của chúng, mở ra cái nhìn mới về sự phân bố của tất cả vật chất, bao gồm cả vật chất tối lạnh. Những bản đồ này sẽ là chìa khóa quan trọng để hiểu sâu hơn về cách mà các cấu trúc khổng lồ trong vũ trụ phát triển và tương tác với nhau.
Kết Luận
Khám phá về các “lưu vực hấp dẫn” khổng lồ đã mở ra một chương mới trong việc tìm hiểu về cấu trúc vũ trụ. Những nghiên cứu này không chỉ giúp chúng ta định vị chính xác hơn vị trí của mình trong vũ trụ bao la, mà còn đặt ra những câu hỏi lớn về các mô hình vũ trụ học hiện tại. Với những tiến bộ không ngừng trong công nghệ và phương pháp nghiên cứu, chúng ta có thể tin rằng những bí ẩn của vũ trụ sẽ dần được hé lộ trong tương lai.