Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã đưa ra câu trả lời rõ ràng về nơi “vườn ươm giữa các vì sao” của Dải Ngân hà thực sự mở rộng: Cách trung tâm Dải Ngân hà khoảng 40.000 năm ánh sáng, sự ra đời của các ngôi sao mới gần như đã chấm dứt. Vấn đề ranh giới lâu đời này hiện đã được mô tả định lượng với sự trợ giúp của dữ liệu khảo sát bầu trời quy mô lớn và mô phỏng số.

Theo truyền thống, không dễ để xác định Dải Ngân hà kéo dài bao xa, bởi vì đĩa thiên hà không kết thúc đột ngột như bị dao cắt mà dần dần mờ đi và mờ dần ra khỏi không gian giữa các vì sao. Nghiên cứu mới nhất đã xác định một cách có hệ thống tuổi của các ngôi sao và khóa trong một “đường ranh giới tuổi” rõ ràng, cho thấy phần lớn sự hình thành sao đang hoạt động tập trung trong phạm vi khoảng 40.000 năm ánh sáng tính từ trung tâm thiên hà. Kết hợp dữ liệu quan sát từ các ngôi sao khổng lồ sáng với các mô phỏng tiên tiến về quá trình tiến hóa thiên hà, nhóm nghiên cứu đã xác định được cấu trúc "hình chữ U" nổi bật trong tuổi sao là hàm của bán kính đánh dấu rìa ngoài của đĩa hình thành sao của Dải Ngân hà.

Tiến sĩ Carl Fitney, tác giả đầu tiên của bài báo và hiện đang làm việc tại Đại học Insubria, cho biết đĩa hình thành sao của Dải Ngân hà kéo dài bao xa luôn là một trong những câu hỏi cốt lõi chưa được giải đáp trong "khảo cổ học thiên hà". Giờ đây, bằng cách lập bản đồ những thay đổi xuyên tâm trong tuổi sao, cuối cùng họ đã đưa ra câu trả lời rõ ràng và có thể định lượng được. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phát triển của Dải Ngân hà phù hợp với bức tranh "từ trong ra ngoài" cổ điển: khu vực mật độ cao ở trung tâm thiên hà trước tiên kích thích sự hình thành sao, sau đó dần dần mở rộng ra bên ngoài trong hàng tỷ năm và các ngôi sao ở xa trung tâm nhìn chung trẻ hơn.

Tuy nhiên, xu hướng này chỉ đúng trong một phạm vi nhất định. Nghiên cứu cho thấy rằng trước khoảng 35.000 đến 40.000 năm ánh sáng tính từ trung tâm thiên hà, tuổi trung bình của các ngôi sao sẽ giảm khi bán kính tăng dần; nhưng một khi bán kính này bị vượt qua, xu hướng đột nhiên đảo ngược - các ngôi sao ở những vùng xa hơn lại trở nên già hơn, tạo thành sự phân bố tuổi "hình chữ U" điển hình. Bằng cách so sánh với các mô phỏng thiên hà có độ phân giải cao, các nhà nghiên cứu xác nhận rằng điểm thấp nhất của đường cong tuổi tương ứng với hiệu suất hình thành sao giảm mạnh. Vị trí này là ranh giới thực sự của đĩa hình thành sao của Dải Ngân hà. Cộng tác viên dự án, Giáo sư Joseph Caruana của Đại học Malta đã chỉ ra rằng khi độ chính xác của các phép đo tuổi sao tiếp tục được cải thiện, đại lượng vật lý này đang trở thành công cụ chính để giải mã lịch sử hình thành của Dải Ngân hà, đưa chúng ta đến một giai đoạn mới trong việc tìm hiểu thiên hà của chúng ta.

Câu hỏi tiếp theo là: vì sự hình thành sao giảm đi rất nhiều ngoài ranh giới này, tại sao đĩa bên ngoài của Dải Ngân hà vẫn chứa đầy sao? Câu trả lời được nghiên cứu đưa ra chính là cơ chế “di chuyển xuyên tâm”. Trong suốt cuộc đời của nó, một ngôi sao liên tục tương tác với các sóng mật độ xoắn ốc truyền qua đĩa. Giống như một người lướt sóng lấy năng lượng từ sóng biển, những "cú đẩy" hấp dẫn này dần dần vận chuyển ngôi sao ra bên ngoài trong một khoảng thời gian cực kỳ dài. Do đó, hầu hết các ngôi sao bên ngoài ranh giới không được “sinh ra tại chỗ” mà di chuyển chậm từ đĩa bên trong; khoảng cách di chuyển càng xa thì càng mất nhiều thời gian, vì vậy những ngôi sao đĩa bên ngoài này nhìn chung già hơn.

Điều đáng chú ý là hầu hết các ngôi sao đĩa bên ngoài này di chuyển dọc theo quỹ đạo gần như tròn, cho thấy rằng chúng không bị "đẩy" ra khỏi đây do va chạm giữa các thiên hà vệ tinh hoặc nhiễu loạn bên ngoài mà là kết quả tự nhiên của quá trình tiến hóa lâu dài trong Dải Ngân hà. Giáo sư Victor DeBatista, đồng tác giả của bài báo và đến từ Đại học Central Lancashire, đã chỉ ra rằng chính đặc điểm động lực của những quỹ đạo gần như tròn này chứng tỏ rằng những ngôi sao này hình thành từ bên trong đĩa chứ không phải từ sự phun rải rác từ các thiên hà bên ngoài.

Để xác định ranh giới hình thành sao, nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu từ hơn 100.000 ngôi sao khổng lồ. Họ đã sử dụng kết hợp khảo sát quang phổ LAMOST của Kính thiên văn Guo Shoujing của Trung Quốc, quan sát quang phổ cận hồng ngoại APOGEE và thông tin chuyển động và vị trí có độ chính xác cao do vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cung cấp để tiến hành phân tích thống kê về quần thể sao trong đĩa chính của Dải Ngân hà. Sau khi loại bỏ sự can thiệp của các yếu tố phức tạp như thành phần quầng, nhóm nghiên cứu đã tách thành công tín hiệu "tăng trưởng từ trong ra ngoài", từ đó phác họa rõ ràng đường viền thay đổi tuổi theo bán kính. Đồng tác giả Giáo sư Laurent Ayer của Đại học Geneva nhận xét rằng dự án Gaia đang thực hiện được lời hứa của mình. Bằng cách kết hợp nó với các khảo sát quang phổ trên mặt đất và mô phỏng số, các nhà thiên văn học có thể dần dần khôi phục lại lịch sử hình thành và tiến hóa của Dải Ngân hà.

Trên cơ sở quan sát, nghiên cứu cũng dựa vào siêu máy tính để mô phỏng quá trình tiến hóa của thiên hà nhằm xác minh xem cấu trúc tuổi "hình chữ U" được phát hiện trong các quan sát có thể xảy ra một cách tự nhiên hay không. Kết quả cho thấy sự phân bố độ tuổi đặc biệt này tự biểu hiện một cách tự nhiên bất cứ khi nào tốc độ hình thành sao giảm mạnh ngoài một bán kính nhất định và các ngôi sao già được phép di chuyển từ từ ra bên ngoài. Đồng tác giả Tiến sĩ Joao Amarante của Đại học Shanghai Jiao Tong đã chỉ ra rằng trong nghiên cứu vật lý thiên văn đương đại, mô phỏng số đã trở thành công cụ cốt lõi để xác định các cơ chế vật lý bên trong của các thiên hà. Trong công trình này, mô phỏng không chỉ giúp giải thích nguyên nhân của sự phân bố tuổi mà còn cho phép nhóm hiệu chỉnh chính xác rìa của đĩa hình thành sao của Dải Ngân hà.

Mặc dù vị trí của ranh giới đã được mô tả rõ ràng nhưng lý do vật lý cụ thể dẫn đến sự sụt giảm đột ngột trong quá trình hình thành sao ở bán kính này vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Một số khả năng được nghiên cứu đưa ra bao gồm: cấu trúc thanh trung tâm của Dải Ngân hà tích tụ và phân phối lại khí ở một bán kính cụ thể, khiến đĩa bên ngoài thiếu nguồn cung cấp đủ khí lạnh; và hình dạng "bị biến dạng" của đĩa ngoài của Dải Ngân hà có thể phá vỡ sự phân bố và điều kiện áp suất của môi trường giữa các vì sao, do đó ức chế sự hình thành sao. Chưa có cơ chế đơn lẻ nào được chứng minh là nguyên nhân chính, nhưng nghiên cứu nhấn mạnh rằng bất kể nguyên nhân cụ thể là gì, bản thân đường cong tuổi “hình chữ U” này đã trở thành một chỉ số theo dõi đáng tin cậy để xác định ranh giới của sự hình thành sao.

Trong tương lai, một thế hệ mới của các dự án khảo sát quang phổ quy mô lớn như 4MOST và WEAVE sẽ cung cấp các thông số sao tinh tế hơn và phạm vi bao phủ mẫu rộng hơn, dự kiến ​​sẽ làm giảm hơn nữa độ không chắc chắn về vị trí của ranh giới và giúp các nhà thiên văn học hiểu chính xác điều gì đặt ra "đường màu đỏ" của đĩa hình thành sao của Dải Ngân hà. Công trình này cũng nêu bật một sự thay đổi quan trọng: tuổi của các ngôi sao, một đại lượng từng khó đo lường chính xác, giờ đây đã trở thành một “thang thời gian” quan trọng để tái hiện lại thiên sử thi của thiên hà. Bằng cách theo dõi sự hình thành và di chuyển của các ngôi sao trong hàng tỷ năm, con người đang dần dần ghép lại được một cái nhìn toàn cảnh về quá trình tiến hóa của Dải Ngân hà từ khi ra đời cho đến ngày nay. Các kết quả liên quan đã được công bố trên tạp chí “Thiên văn học và Vật lý thiên văn” vào tháng 4 năm 2026, trong một bài báo có tiêu đề “Rìa của đĩa hình thành sao của Dải Ngân hà: Bằng chứng từ sự phân bố tuổi sao “hình chữ U”.