Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), đài quan sát không gian mạnh nhất từng được con người thiết kế, tiếp tục giúp các nhà nghiên cứu mở rộng ranh giới của ngành – và nó vừa làm được điều đó một lần nữa theo một cách ngoạn mục. Vào thứ Ba, ngày 27 tháng 5, một nhóm nghiên cứu quốc tế bao gồm Viện Vật lý thiên văn Paris, một tổ chức trực thuộc Đại học Sorbonne và CNRS, đã tiết lộ một hình ảnh gây chấn động: đây đơn giản là hình ảnh sâu nhất của Vũ trụ cho đến nay.
Hình ảnh này tập trung vào Abell S1063, một cụm thiên hà có kích thước khổng lồ. Nhưng không phải quái vật thực sự này, nằm cách chúng ta khoảng 4,5 tỷ năm ánh sáng trong chòm sao Grus, mới là thứ khiến các nhà vật lý thiên văn quan tâm. Thay vào đó, những người vận hành kính thiên văn đã sử dụng nó như một công cụ.
Một số vật thể, như Abell S1063, có khối lượng lớn đến mức làm biến dạng đáng kể không gian-thời gian xung quanh chúng. Hiện tượng này có rất nhiều hậu quả khác nhau, nhưng một hậu quả đặc biệt hữu ích trong bối cảnh này là đường đi của ánh sáng từ các vật thể ở phía sau buộc phải đi theo độ cong chính xác này. Do đó, nó có thể được so sánh với một thấu kính khổng lồ, có thể được sử dụng để quan sát các vật thể ở khoảng cách đáng kinh ngạc - với điều kiện là chúng nằm rất chính xác trên cùng một trục.
Hiện tượng này được gọi là thấu kính hấp dẫn và đây chính xác là điều khiến Abell S1063 trở nên có giá trị trong bối cảnh này. Do khối lượng khổng lồ của mình, cụm sao này có thể khuếch đại ánh sáng từ các thiên thể khác xa hơn nằm phía sau nó. Sau đó, chúng xuất hiện dưới dạng các vòng cung và đây chính là những vật thể thực sự khiến các nhà thiên văn học quan tâm. Ngay cả khi bị bóp méo, đây vẫn là những tín hiệu đến trực tiếp từ những vùng xa nhất của vũ trụ. Trong thiên văn học, nhìn xa cũng có nghĩa là quay ngược thời gian; Chúng ta càng quan sát các vật thể ở xa thì chúng ta càng đến gần nguồn gốc của Vũ trụ, với tất cả những gì điều này ngụ ý về mặt tiến bộ khoa học.
Nhưng kể từ đó, thiên văn học đã chuyển sang một chiều hướng mới nhờ sự ra đời của JWST và một loạt các cảm biến siêu nhạy của nó. Do đó, các chuyên gia đang háo hức chờ đợi cơ hội tái tạo quan sát của Hubble bằng công nghệ đáng kinh ngạc này, và đó chính xác là những gì nhóm nghiên cứu đằng sau công trình này đã làm. Họ đã huấn luyện chiếc kính thiên văn mới của mình trên Abell S1063 trong hơn 120 giờ để thu thập càng nhiều ánh sáng càng tốt và kết quả thực sự ngoạn mục.
Nhờ có NIRCam, Webb đã có thể chụp được hàng chục cung sáng và sắc nét đặc biệt, tương ứng với các vật thể đặc biệt cũ. Theo CNRS, đây là những thiên hà nhỏ xuất hiện chỉ 250 triệu năm sau Vụ nổ lớn – một kỷ lục tuyệt đối.
Để tham khảo, điều này tương ứng với cái mà các nhà thiên văn học gọi là Thời kỳ đen tối của Vũ trụ, một loại tiền sử vũ trụ khi những ngôi sao đầu tiên mới bắt đầu chiếu sáng một Vũ trụ vẫn còn trẻ và gần như mờ đục. "Những vật thể này có thể là tổ tiên trực tiếp của các thiên hà phát triển hơn, được quan sát vài trăm triệu năm sau đó bởi kính viễn vọng James Webb", tổ chức này giải thích trong thông cáo báo chí của mình.
Thuật ngữ này đề cập đến các ngôi sao được hình thành hoàn toàn từ hydro và heli nguyên thủy từ Vụ nổ lớn, mà không có bất kỳ nguyên tố nặng nào. Do đó, đây sẽ là thế hệ sao đầu tiên xuất hiện vào buổi bình minh của Vũ trụ. Người ta cho rằng chúng đóng vai trò quan trọng trong sự kiện ion hóa lớn cho phép ánh sáng truyền qua vũ trụ. Sau đó, chính họ là những người khởi xướng quá trình sản xuất tất cả các nguyên tố khác cần thiết cho sự hình thành các thiên thể hiện đại – và theo nghĩa rộng hơn, cho sự xuất hiện của sự sống. Có thể nói rằng nếu sự hiện diện của các ngôi sao Dân số III được xác nhận thì đây sẽ là một bước đột phá khoa học lớn.
Nhưng hãy cẩn thận khi vội đưa ra kết luận. Cho đến nay, những ngôi sao quần thể III này vẫn chỉ là giả thuyết;sự tồn tại của chúng chưa bao giờ được xác nhận trực tiếp. Và chỉ những hình ảnh này thôi vẫn chưa đủ để chúng ta xác minh được giả thuyết này. Để quyết định, cần có thêm các quan sát dựa trên quang phổ, một kỹ thuật cho phép xác định thành phần hóa học của một vật thể bằng cách sử dụng quang phổ ánh sáng của nó.
Tin tốt là nhóm nghiên cứu đứng sau công trình này có ý định lặp lại công trình này trong tương lai gần. Công ty có kế hoạch triển khai một chiến dịch quan sát quang phổ lớn bắt đầu vào tháng 7 năm 2025. Nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch, xác nhận được mong đợi từ lâu có thể sẽ đến sau đó vài tháng, khi các nhà thiên văn học có thời gian phân tích dữ liệu một cách chặt chẽ. Chúng tôi mong sớm được gặp lại bạn và hy vọng rằng tiềm năng to lớn này sẽ thành hiện thực.
Hình ảnh này tập trung vào Abell S1063, một cụm thiên hà có kích thước khổng lồ. Nhưng không phải quái vật thực sự này, nằm cách chúng ta khoảng 4,5 tỷ năm ánh sáng trong chòm sao Grus, mới là thứ khiến các nhà vật lý thiên văn quan tâm. Thay vào đó, những người vận hành kính thiên văn đã sử dụng nó như một công cụ.
Một số vật thể, như Abell S1063, có khối lượng lớn đến mức làm biến dạng đáng kể không gian-thời gian xung quanh chúng. Hiện tượng này có rất nhiều hậu quả khác nhau, nhưng một hậu quả đặc biệt hữu ích trong bối cảnh này là đường đi của ánh sáng từ các vật thể ở phía sau buộc phải đi theo độ cong chính xác này. Do đó, nó có thể được so sánh với một thấu kính khổng lồ, có thể được sử dụng để quan sát các vật thể ở khoảng cách đáng kinh ngạc - với điều kiện là chúng nằm rất chính xác trên cùng một trục.
Hiện tượng này được gọi là thấu kính hấp dẫn và đây chính xác là điều khiến Abell S1063 trở nên có giá trị trong bối cảnh này. Do khối lượng khổng lồ của mình, cụm sao này có thể khuếch đại ánh sáng từ các thiên thể khác xa hơn nằm phía sau nó. Sau đó, chúng xuất hiện dưới dạng các vòng cung và đây chính là những vật thể thực sự khiến các nhà thiên văn học quan tâm. Ngay cả khi bị bóp méo, đây vẫn là những tín hiệu đến trực tiếp từ những vùng xa nhất của vũ trụ. Trong thiên văn học, nhìn xa cũng có nghĩa là quay ngược thời gian; Chúng ta càng quan sát các vật thể ở xa thì chúng ta càng đến gần nguồn gốc của Vũ trụ, với tất cả những gì điều này ngụ ý về mặt tiến bộ khoa học.
Hành trình đến nguồn gốc của Vũ trụ
Hubble đáng kính đã tham gia vào bài tập này nhiều lần. Năm 2016, ông đã chụp được một bức ảnh tuyệt đẹp, trong đó có thể nhìn thấy một số cung có thể sử dụng được, tương ứng với các thiên hà cực xa – một nguồn tài nguyên quý giá đối với các nhà thiên văn học.
Nhưng kể từ đó, thiên văn học đã chuyển sang một chiều hướng mới nhờ sự ra đời của JWST và một loạt các cảm biến siêu nhạy của nó. Do đó, các chuyên gia đang háo hức chờ đợi cơ hội tái tạo quan sát của Hubble bằng công nghệ đáng kinh ngạc này, và đó chính xác là những gì nhóm nghiên cứu đằng sau công trình này đã làm. Họ đã huấn luyện chiếc kính thiên văn mới của mình trên Abell S1063 trong hơn 120 giờ để thu thập càng nhiều ánh sáng càng tốt và kết quả thực sự ngoạn mục.
Nhờ có NIRCam, Webb đã có thể chụp được hàng chục cung sáng và sắc nét đặc biệt, tương ứng với các vật thể đặc biệt cũ. Theo CNRS, đây là những thiên hà nhỏ xuất hiện chỉ 250 triệu năm sau Vụ nổ lớn – một kỷ lục tuyệt đối.
Để tham khảo, điều này tương ứng với cái mà các nhà thiên văn học gọi là Thời kỳ đen tối của Vũ trụ, một loại tiền sử vũ trụ khi những ngôi sao đầu tiên mới bắt đầu chiếu sáng một Vũ trụ vẫn còn trẻ và gần như mờ đục. "Những vật thể này có thể là tổ tiên trực tiếp của các thiên hà phát triển hơn, được quan sát vài trăm triệu năm sau đó bởi kính viễn vọng James Webb", tổ chức này giải thích trong thông cáo báo chí của mình.
Những ngôi sao đầu tiên của Population III?
Trong số tất cả các thiên hà này, có một thiên hà đặc biệt có thể dẫn đến một cuộc cách mạng thiên văn nhỏ. Vật thể đang nói đến, được gọi là GLIMPSE-16043, thực sự bị nghi ngờ chứa các ngôi sao đơn lẻ, được gọi là “quần thể III”.Thuật ngữ này đề cập đến các ngôi sao được hình thành hoàn toàn từ hydro và heli nguyên thủy từ Vụ nổ lớn, mà không có bất kỳ nguyên tố nặng nào. Do đó, đây sẽ là thế hệ sao đầu tiên xuất hiện vào buổi bình minh của Vũ trụ. Người ta cho rằng chúng đóng vai trò quan trọng trong sự kiện ion hóa lớn cho phép ánh sáng truyền qua vũ trụ. Sau đó, chính họ là những người khởi xướng quá trình sản xuất tất cả các nguyên tố khác cần thiết cho sự hình thành các thiên thể hiện đại – và theo nghĩa rộng hơn, cho sự xuất hiện của sự sống. Có thể nói rằng nếu sự hiện diện của các ngôi sao Dân số III được xác nhận thì đây sẽ là một bước đột phá khoa học lớn.
Nhưng hãy cẩn thận khi vội đưa ra kết luận. Cho đến nay, những ngôi sao quần thể III này vẫn chỉ là giả thuyết;sự tồn tại của chúng chưa bao giờ được xác nhận trực tiếp. Và chỉ những hình ảnh này thôi vẫn chưa đủ để chúng ta xác minh được giả thuyết này. Để quyết định, cần có thêm các quan sát dựa trên quang phổ, một kỹ thuật cho phép xác định thành phần hóa học của một vật thể bằng cách sử dụng quang phổ ánh sáng của nó.
Tin tốt là nhóm nghiên cứu đứng sau công trình này có ý định lặp lại công trình này trong tương lai gần. Công ty có kế hoạch triển khai một chiến dịch quan sát quang phổ lớn bắt đầu vào tháng 7 năm 2025. Nếu mọi việc diễn ra theo đúng kế hoạch, xác nhận được mong đợi từ lâu có thể sẽ đến sau đó vài tháng, khi các nhà thiên văn học có thời gian phân tích dữ liệu một cách chặt chẽ. Chúng tôi mong sớm được gặp lại bạn và hy vọng rằng tiềm năng to lớn này sẽ thành hiện thực.
