Nghiên cứu mới giải mã bản chất di tích vô tuyến vũ trụ qua mô phỏng va chạm cụm thiên hà

Một công trình nghiên cứu được công bố vào cuối năm 2025 đã đưa ra lời giải thích thuyết phục cho sự tồn tại của các di tích vô tuyến, những cấu trúc hình vòng cung khổng lồ trải dài hàng triệu năm ánh sáng trong vũ trụ. Những di tích này được hình thành từ sóng xung kích trong các vụ va chạm cụm thiên hà, quá trình gia tốc các electron lên gần tốc độ ánh sáng, tạo ra bức xạ có thể quan sát được. Nhóm nghiên cứu, bao gồm các nhà khoa học tại Viện Vật lý Thiên văn Leibniz Potsdam (AIP) ở Đức, đã công bố kết quả của họ trên tạp chí *Astronomy & Astrophysics* vào tháng 11 năm 2025.

Cốt lõi của phương pháp luận là việc các nhà nghiên cứu đã tiến hành các mô phỏng vũ trụ học có độ phân giải cao, áp dụng cách tiếp cận đa quy mô. Phương pháp này cho phép họ tái tạo sự ra đời và tiến hóa của các di tích, tập trung vào tương tác của một sóng xung kích đơn lẻ khi nó di chuyển qua các vùng nhiễu loạn trong cụm thiên hà. Các nhà khoa học đã mô hình hóa sự tiến hóa này bằng cách kết nối vật lý ở quy mô cụm thiên hà với các quá trình xảy ra ở quy mô nhỏ hơn nhiều, thậm chí là quỹ đạo của một electron, tạo ra sự chênh lệch quy mô lên tới một nghìn tỷ lần.

Công trình này đã giải quyết những mâu thuẫn quan sát kéo dài nhiều thập kỷ, vốn thách thức các mô hình lý thuyết trước đây. Dữ liệu quan sát từ Kính viễn vọng Tia X Chandra của NASA và XMM-Newton của ESA đã chỉ ra những bất thường cần được giải thích: từ trường trong các di tích mạnh hơn dự đoán lý thuyết, và các phép đo sóng xung kích dường như không nhất quán—quá mạnh khi đo bằng sóng vô tuyến nhưng lại quá yếu khi đo bằng tia X. Các cụm thiên hà, là những cấu trúc liên kết hấp dẫn lớn nhất trong Vũ trụ, chứa hàng trăm đến hàng nghìn thiên hà, và các vụ va chạm của chúng giải phóng năng lượng ở quy mô lớn.

Kết luận đầu tiên từ nhóm AIP là từ trường mạnh được tạo ra do sự tương tác của sóng xung kích chính với các sóng xung kích nhỏ hơn, tạo ra sự nhiễu loạn làm nén các đường sức từ. Đồng tác giả Christoph Pfrommer của AIP giải thích rằng cơ chế này tạo ra sự hỗn loạn, làm xoắn và nén từ trường lên đến cường độ quan sát được. Các mô phỏng cho thấy, khi sóng xung kích lan truyền ra ngoài, nó va chạm với các sóng xung kích khác do khí lạnh rơi vào từ Mạng lưới Vũ trụ, khuếch đại từ trường.

Bước đột phá quan trọng thứ hai là việc giải quyết sự không nhất quán giữa tín hiệu vô tuyến và tia X do các mặt xung không đồng nhất. Các vùng cục bộ, mạnh nhất của mặt xung là nơi tạo ra phần lớn tín hiệu vô tuyến, trong khi các kính thiên văn tia X lại đo cường độ trung bình toàn cục, vốn yếu hơn. Điều này giải thích tại sao các phép đo vô tuyến và tia X dường như mâu thuẫn. Nghiên cứu do nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Joseph Whittingham tại AIP dẫn dắt, cung cấp một mô hình vững chắc để hiểu sự gia tốc electron trong những môi trường khắc nghiệt này, mang lại bức tranh rõ ràng nhất cho đến nay về cách các cấu trúc vũ trụ bí ẩn này hình thành và tồn tại.