NGC 4698: Khi mặt phẳng quay ở lõi gần vuông góc với đĩa sao

Nhìn qua, NGC 4698 vẫn có dáng quen thuộc của một thiên hà xoắn ốc: một đĩa sao mỏng, bụi tối và những vùng sao xanh nằm dọc các nhánh phía ngoài. Nhưng phần phình sáng ở trung tâm lại kéo dài gần vuông góc với đĩa. Đáng chú ý hơn, các sao và khí gần lõi quay trong một mặt phẳng gần như vuông góc với mặt phẳng quay chính của đĩa thiên hà. Cấu trúc trái khoáy ấy có thể là dấu vết của vật chất từng đi vào NGC 4698 từ một hướng hoàn toàn khác. [1]

Cách giải thích đang được cân nhắc là khí từ bên ngoài đã tạo nên một đĩa trung tâm nghiêng so với đĩa cũ. Một chiếc đuôi hydro ngắn ở một phía còn gợi ý rằng NGC 4698 có thể từng sáp nhập với một thiên hà nhỏ. Hai dấu vết không cho phép dựng lại toàn bộ lịch sử, nhưng chúng giúp trả lời câu hỏi chính: cấu trúc trung tâm của thiên hà không nhất thiết được sinh ra cùng hướng với cấu trúc bao quanh nó. [1]

Mặt phẳng quay nào gần vuông góc?

Một thiên hà xoắn ốc không quay như một vật rắn duy nhất. Các ngôi sao và đám khí chuyển động trên những quỹ đạo khác nhau quanh vùng trung tâm. Vì vậy, nói vùng lõi NGC 4698 có mặt phẳng quay gần vuông góc với đĩa chính không có nghĩa là vật chất đang chuyển động xuyên vuông góc qua đĩa thiên hà. Điều được so sánh là mặt phẳng quay của sao và khí gần tâm với mặt phẳng quay chính của đĩa. [1]

Có thể hình dung hai chiếc đĩa quay xuyên qua nhau: một chiếc nằm ngang, chiếc kia dựng gần thẳng đứng. Đây chỉ là ví dụ hình học, bởi cấu trúc thật gồm vô số ngôi sao và khí phân bố liên tục, không có mép cứng. Điểm quan trọng là hai thành phần lưu giữ hai mặt phẳng quay khác nhau. Một hình dạng lạ trong ảnh có thể gây nhầm do góc quan sát, nhưng chuyển động của sao và khí cung cấp thêm dấu hiệu rằng sự lệch hướng không chỉ là ảo giác thị giác. [1]

Các nhánh xoắn ốc khác thường ở đâu?

Ở nhiều thiên hà xoắn ốc, các nhánh có thể được nhận ra từ vùng ngoài và tiếp tục uốn vào gần tâm. NGC 4698 lại không biểu hiện như vậy: những nhánh mảnh nổi bật chủ yếu ở phần ngoài của đĩa và tạo cảm giác giống một vành bao quanh trung tâm. Các đám bụi nâu đục đánh dấu cấu trúc của đĩa, còn những cụm sao xanh sáng xuất hiện rải rác trên các nhánh ngoài. [1]

Phần giữa vì thế không chỉ lệch hướng về động học mà còn tách biệt về diện mạo. Ánh sáng trắng ngà lan tỏa của phần phình đến từ quần thể sao nhỏ hơn, già hơn và nguội hơn những sao xanh khối lượng lớn ở đĩa ngoài. Trong ảnh Hubble, phần phình kéo dài hiện ra khá mờ phía trên và dưới dải bụi. Sự tương phản này giúp nhận biết các thành phần, nhưng màu sắc tự nó không kể được chúng hình thành vào thời điểm nào. [1]

Khí ngoại lai có thể xoay lại phần lõi ra sao?

Hướng quay của một lượng khí phụ thuộc vào chuyển động mà nó mang theo khi đến thiên hà. Nếu khí đã có sẵn trong đĩa, chuyển động của nó thường gắn với mặt phẳng chung của đĩa ấy. Trái lại, khí bị thu nhận từ bên ngoài có thể đi vào theo một hướng nghiêng. Khi tụ lại gần tâm, nó có khả năng tạo thành một cấu trúc quay không cùng mặt phẳng với đĩa sao đã tồn tại trước đó. [1]

Trong cách giải thích này, phần trung tâm nghiêng không cần phải là toàn bộ thiên hà bị xoay lại. Chỉ lượng vật chất được bổ sung về sau mang hướng chuyển động mới. Khí có thể trở thành nguyên liệu cho các sao thuộc cấu trúc trung tâm, khiến cả khí lẫn sao ở đó cùng có mặt phẳng quay khác thường. Đây là giả thuyết phù hợp với quan sát về NGC 4698, chứ chưa phải bản phục dựng duy nhất về từng giai đoạn đã xảy ra. [1]

Sự khác biệt có thể được minh họa bằng hai dòng xe đi vào một vòng xuyến từ những lối khác nhau: hướng ban đầu ảnh hưởng đến đường chúng đi tiếp. Ví dụ này chỉ giúp hình dung vai trò của chuyển động ban đầu; lực hấp dẫn và quỹ đạo trong thiên hà phức tạp hơn nhiều. Với NGC 4698, chính hướng của vật chất đi vào, chứ không chỉ tổng lượng vật chất, mới là chìa khóa để giải thích một cấu trúc lõi có mặt phẳng quay lệch. [1]

Chiếc đuôi hydro tiết lộ điều gì?

Một số quan sát cho thấy có một chiếc đuôi hydro ngắn kéo ra từ một phía của NGC 4698. Khí trải dài khỏi thân thiên hà là dấu vết đáng chú ý vì tương tác hấp dẫn có thể làm vật chất bị kéo lệch khỏi phân bố ban đầu. Trong trường hợp này, chiếc đuôi được xem là chỉ dấu cho khả năng NGC 4698 từng trải qua một vụ sáp nhập thiên hà nhỏ. [1]

Giả thuyết sáp nhập nhỏ nối được hai mảnh của câu chuyện: một thiên hà đồng hành có thể đem đến khí với hướng chuyển động khác, đồng thời để lại cấu trúc hydro bất đối xứng. Tuy nhiên, chiếc đuôi không phải cuốn phim ghi lại toàn bộ cuộc gặp. Từ dấu vết hiện còn, chưa thể xác định đầy đủ hình dạng, quỹ đạo hay diễn biến cụ thể của vật thể đã tương tác với NGC 4698. [1]

Sự thận trọng này không làm chiếc đuôi mất giá trị. Trong thiên văn học, một cấu trúc còn sót lại có thể giới hạn những kịch bản hợp lý dù không xác nhận mọi chi tiết. Khi được đặt cạnh đĩa trung tâm nghiêng và mặt phẳng quay gần vuông góc của sao cùng khí gần tâm, đuôi hydro khiến lời giải thích bằng vật chất ngoại lai trở nên có cơ sở hơn so với việc chỉ nhìn hình dáng phần phình. [1]

Môi trường cụm Virgo có vai trò gì?

NGC 4698 nằm cách chúng ta khoảng 55 triệu năm ánh sáng trong chòm Virgo và thuộc cụm Virgo, một tập hợp hơn một nghìn thiên hà liên kết bởi hấp dẫn. Trong một môi trường đông thành viên như vậy, hành trình của một thiên hà không tách rời hoàn toàn khỏi các thiên hà và vật chất xung quanh. NGC 4698 vì thế là một trường hợp hữu ích để xem tương tác bên ngoài có thể để lại dấu ấn bên trong ra sao. [1]

Chương trình quan sát tạo ra ảnh Hubble của NGC 4698 tập trung vào các thiên hà trong cụm Virgo. Dữ liệu có thể cho thấy những chi tiết tương đối nhỏ như cụm sao và tinh vân, đồng thời phục vụ câu hỏi rộng hơn về mối liên hệ giữa hành trình qua cụm, sự tiến hóa của thiên hà và khả năng hình thành sao. Với NGC 4698, cấu trúc lệch trục là một đầu mối cụ thể cho hướng nghiên cứu đó. [1]

Tại trung tâm phần phình còn có một hố đen siêu nặng với khối lượng gấp hàng triệu lần Mặt Trời; các dấu hiệu cho thấy nó đang hút khí và tăng trưởng. Chi tiết này nhắc rằng khí đi vào vùng giữa có thể tham gia nhiều quá trình khác nhau, từ tạo cấu trúc sao nghiêng đến nuôi hố đen. Dẫu vậy, quan sát về hố đen chưa tự nó chứng minh nguồn gốc của đĩa trung tâm lệch hướng. [1]

Điều đáng nhớ ở NGC 4698 không chỉ là một góc vuông hiếm gặp. Thiên hà này cho thấy hình dáng hiện tại có thể lưu giữ nhiều lớp lịch sử: đĩa ngoài với các nhánh dạng vành, quần thể sao già ở phần phình, sao và khí gần tâm quay trong một mặt phẳng riêng và hydro bị kéo thành đuôi. Một thiên hà trông yên tĩnh trong ảnh vẫn có thể là kết quả của những lần thu nhận vật chất và tương tác kéo dài. [1]