Các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã công bố bản đồ lớn nhất về vũ trụ sơ khai cho đến nay, một bức tranh toàn cảnh vũ trụ bao quát cung cấp cho các nhà khoa học dày dạn kinh nghiệm và những người ngắm sao tò mò một chỗ ngồi hàng đầu để chiêm ngưỡng vũ trụ cổ đại.
Những hình ảnh này đến từ COSMOS-Web, chương trình quan sát lớn nhất mà Kính viễn vọng không gian James Webb thực hiện trong năm đầu tiên. Nó đã khảo sát một mảng bầu trời tương đương với chiều rộng của ba mặt trăng tròn đặt cạnh nhau, khu vực quan sát rộng nhất của kính viễn vọng cho đến nay. Cuộc khảo sát đã ghép lại với nhau hơn 10.000 lần phơi sáng, tiết lộ gần 800.000 thiên hà, nhiều trong số đó tỏa sáng từ những kỷ nguyên đầu tiên của vũ trụ. Tận dụng lượng dữ liệu dồi dào có được từ nỗ lực này, vào thứ năm (ngày 5 tháng 6), nhóm đã công bố hình ảnh liên tiếp lớn nhất từng được JWST chụp, cùng với một danh mục tương tác miễn phí, trong đó nêu chi tiết các đặc tính của từng thiên hà — một bản ghi vũ trụ rộng lớn và chi tiết.
"Tôi không biết liệu Kính viễn vọng không gian James Webb có bao giờ bao phủ một khu vực có kích thước này một lần nữa hay không, vì vậy tôi nghĩ rằng đây sẽ là một tài liệu tham khảo tốt và một bộ dữ liệu tốt mà mọi người sẽ sử dụng trong nhiều năm", Jeyhan Kartaltepe, một nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ Rochester ở New York và là nhà nghiên cứu chính của COSMOS-Web, chia sẻ với Space.com. "Hy vọng là bây giờ, bất kỳ ai ở bất kỳ tổ chức nào cũng có thể sử dụng dữ liệu này cho khoa học của riêng họ."
Khi JWST ra mắt vào năm 2021, nhóm COSMOS-Web toàn cầu gồm gần 50 nhà nghiên cứu từ các tổ chức trên khắp thế giới đã được trao hơn 200 giờ quan sát, nhiều nhất được phân bổ cho bất kỳ dự án nào trong năm đầu tiên kính viễn vọng này ra mắt. Trong khi nhiều nghiên cứu của JWST tập trung vào các lát cắt nhỏ và sâu của bầu trời, COSMOS-Web lại ưu tiên chiều rộng, chụp được một bức tranh vũ trụ rộng hơn, qua đó đưa ra ánh sáng nhiều hơn 10 lần các thiên hà so với các nhà thiên văn học dự đoán từ những kỷ nguyên đầu này.
"Thật không thể tin được khi phát hiện ra các thiên hà trước đây vô hình ở các bước sóng khác và rất vui mừng khi cuối cùng cũng thấy chúng xuất hiện trên máy tính của chúng tôi", Maximilien Franco, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của vật lý thiên văn tại Đại học Hertfordshire ở Vương quốc Anh, cho biết trong tuyên bố.
Quan điểm mở rộng của JWST cho phép các nhà thiên văn học không chỉ lập danh mục các thiên hà xa xôi mà còn nghiên cứu cách các đặc điểm của chúng — bao gồm kích thước, hình dạng và độ sáng — được định hình bởi môi trường vũ trụ của chúng, chẳng hạn như chúng cư trú biệt lập hay ở các khu vực đông đúc. "Điều đó cho chúng ta biết rất nhiều về những gì đã ảnh hưởng đến chúng khi chúng tiến hóa", Kartaltepe cho biết.
Cùng với danh mục, nhóm COSMOS-Web đã công bố một loạt các bài báo khoa học khám phá dữ liệu. Một nghiên cứu, được đăng trên kho lưu trữ bản in trước arXiv vào thứ Tư (ngày 4 tháng 6), kiểm tra các thiên hà sáng nhất tại trung tâm của các nhóm thiên hà, theo dõi cách cấu trúc và hoạt động hình thành sao của chúng đã cùng tiến hóa trong 12 tỷ năm qua.
Một mục tiêu khoa học chính của dự án là lập bản đồ các cấu trúc sớm nhất trong Kỷ nguyên tái ion hóa (đã sụp đổ hơn 13 tỷ năm trước) khi các thiên hà đầu tiên bùng cháy và bắt đầu làm sạch lớp sương mù hydro dày bao phủ vũ trụ sơ khai. Để đạt được điều này, Kartaltepe và nhóm của bà lập kế hoạch các thiên hà sơ khai như các chất đánh dấu để đo kích thước của "bong bóng tái ion hóa", các vùng rộng lớn nơi ánh sáng từ các ngôi sao và thiên hà tạo ra các khoảng trống trong lớp sương mù nguyên thủy.
"Đó vẫn chưa phải là điều chúng tôi đã hoàn thành", Kartaltepe cho biết. "Nhưng đó là mục tiêu chính và là điều mà chúng tôi thực sự phấn khích."
Một bài báo khác, cũng được đăng trên arXiv vào thứ Tư, thử nghiệm một kỹ thuật học máy có thể ước tính các đặc tính vật lý của các thiên hà trong tập dữ liệu khổng lồ. Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một phương pháp mới để đo độ sáng của các thiên hà xa xôi chính xác hơn. Không giống như các kỹ thuật truyền thống chỉ đơn giản là cộng ánh sáng trong một khu vực cố định, phương pháp này mô hình hóa cách ánh sáng lan tỏa khắp thiên hà, cho phép đo chính xác hơn, cho phép các nhà nghiên cứu kết hợp hình ảnh JWST với dữ liệu mặt đất mờ hơn mà không làm mất các chi tiết quan trọng.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra ngoại hành tinh lạnh nhất từng được nhìn thấy và nó quay quanh một ngôi sao chết
— Kính viễn vọng không gian James Webb chụp được những hình ảnh tuyệt đẹp về cực quang sáng trên Sao Mộc (video)
— Kêu gọi các nhà khoa học công dân! Giúp Galaxy Zoo của NASA phân loại các thiên hà được kính viễn vọng không gian James Webb nhìn thấy
Ba thêm các nghiên cứu nêu chi tiết các nỗ lực xử lý dữ liệu của nhóm trong hai năm qua, một quá trình tỉ mỉ liên quan đến việc căn chỉnh và làm sạch hơn 10.000 hình ảnh riêng lẻ. Là một đài quan sát hoàn toàn mới, JWST mang đến những thách thức không ngờ tới. Hình ảnh của kính viễn vọng bao gồm các hiện vật không lường trước được, chẳng hạn như các mẫu nhiễu và biến dạng, mà nhóm nghiên cứu phải cẩn thận hiệu chỉnh.
Bất chấp những rào cản này, JWST đã vượt trội hơn các mô hình trước khi phóng dự đoán mức độ mờ nhạt hoặc xa xôi mà nó có thể phát hiện, Kartaltepe cho biết. "Thực tế hóa ra lại tốt hơn — chúng tôi có thể đi sâu hơn những gì chúng tôi mong đợi."
Bà nói thêm rằng danh mục này có "tiềm năng đáng kinh ngạc".
"Vẫn còn rất nhiều điều chúng tôi chưa biết."
Những hình ảnh này đến từ COSMOS-Web, chương trình quan sát lớn nhất mà Kính viễn vọng không gian James Webb thực hiện trong năm đầu tiên. Nó đã khảo sát một mảng bầu trời tương đương với chiều rộng của ba mặt trăng tròn đặt cạnh nhau, khu vực quan sát rộng nhất của kính viễn vọng cho đến nay. Cuộc khảo sát đã ghép lại với nhau hơn 10.000 lần phơi sáng, tiết lộ gần 800.000 thiên hà, nhiều trong số đó tỏa sáng từ những kỷ nguyên đầu tiên của vũ trụ. Tận dụng lượng dữ liệu dồi dào có được từ nỗ lực này, vào thứ năm (ngày 5 tháng 6), nhóm đã công bố hình ảnh liên tiếp lớn nhất từng được JWST chụp, cùng với một danh mục tương tác miễn phí, trong đó nêu chi tiết các đặc tính của từng thiên hà — một bản ghi vũ trụ rộng lớn và chi tiết.
"Tôi không biết liệu Kính viễn vọng không gian James Webb có bao giờ bao phủ một khu vực có kích thước này một lần nữa hay không, vì vậy tôi nghĩ rằng đây sẽ là một tài liệu tham khảo tốt và một bộ dữ liệu tốt mà mọi người sẽ sử dụng trong nhiều năm", Jeyhan Kartaltepe, một nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ Rochester ở New York và là nhà nghiên cứu chính của COSMOS-Web, chia sẻ với Space.com. "Hy vọng là bây giờ, bất kỳ ai ở bất kỳ tổ chức nào cũng có thể sử dụng dữ liệu này cho khoa học của riêng họ."
Khi JWST ra mắt vào năm 2021, nhóm COSMOS-Web toàn cầu gồm gần 50 nhà nghiên cứu từ các tổ chức trên khắp thế giới đã được trao hơn 200 giờ quan sát, nhiều nhất được phân bổ cho bất kỳ dự án nào trong năm đầu tiên kính viễn vọng này ra mắt. Trong khi nhiều nghiên cứu của JWST tập trung vào các lát cắt nhỏ và sâu của bầu trời, COSMOS-Web lại ưu tiên chiều rộng, chụp được một bức tranh vũ trụ rộng hơn, qua đó đưa ra ánh sáng nhiều hơn 10 lần các thiên hà so với các nhà thiên văn học dự đoán từ những kỷ nguyên đầu này.
"Thật không thể tin được khi phát hiện ra các thiên hà trước đây vô hình ở các bước sóng khác và rất vui mừng khi cuối cùng cũng thấy chúng xuất hiện trên máy tính của chúng tôi", Maximilien Franco, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của vật lý thiên văn tại Đại học Hertfordshire ở Vương quốc Anh, cho biết trong tuyên bố.
Quan điểm mở rộng của JWST cho phép các nhà thiên văn học không chỉ lập danh mục các thiên hà xa xôi mà còn nghiên cứu cách các đặc điểm của chúng — bao gồm kích thước, hình dạng và độ sáng — được định hình bởi môi trường vũ trụ của chúng, chẳng hạn như chúng cư trú biệt lập hay ở các khu vực đông đúc. "Điều đó cho chúng ta biết rất nhiều về những gì đã ảnh hưởng đến chúng khi chúng tiến hóa", Kartaltepe cho biết.
Cùng với danh mục, nhóm COSMOS-Web đã công bố một loạt các bài báo khoa học khám phá dữ liệu. Một nghiên cứu, được đăng trên kho lưu trữ bản in trước arXiv vào thứ Tư (ngày 4 tháng 6), kiểm tra các thiên hà sáng nhất tại trung tâm của các nhóm thiên hà, theo dõi cách cấu trúc và hoạt động hình thành sao của chúng đã cùng tiến hóa trong 12 tỷ năm qua.
Một mục tiêu khoa học chính của dự án là lập bản đồ các cấu trúc sớm nhất trong Kỷ nguyên tái ion hóa (đã sụp đổ hơn 13 tỷ năm trước) khi các thiên hà đầu tiên bùng cháy và bắt đầu làm sạch lớp sương mù hydro dày bao phủ vũ trụ sơ khai. Để đạt được điều này, Kartaltepe và nhóm của bà lập kế hoạch các thiên hà sơ khai như các chất đánh dấu để đo kích thước của "bong bóng tái ion hóa", các vùng rộng lớn nơi ánh sáng từ các ngôi sao và thiên hà tạo ra các khoảng trống trong lớp sương mù nguyên thủy.
"Đó vẫn chưa phải là điều chúng tôi đã hoàn thành", Kartaltepe cho biết. "Nhưng đó là mục tiêu chính và là điều mà chúng tôi thực sự phấn khích."
Một bài báo khác, cũng được đăng trên arXiv vào thứ Tư, thử nghiệm một kỹ thuật học máy có thể ước tính các đặc tính vật lý của các thiên hà trong tập dữ liệu khổng lồ. Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một phương pháp mới để đo độ sáng của các thiên hà xa xôi chính xác hơn. Không giống như các kỹ thuật truyền thống chỉ đơn giản là cộng ánh sáng trong một khu vực cố định, phương pháp này mô hình hóa cách ánh sáng lan tỏa khắp thiên hà, cho phép đo chính xác hơn, cho phép các nhà nghiên cứu kết hợp hình ảnh JWST với dữ liệu mặt đất mờ hơn mà không làm mất các chi tiết quan trọng.
Các bài viết liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra ngoại hành tinh lạnh nhất từng được nhìn thấy và nó quay quanh một ngôi sao chết
— Kính viễn vọng không gian James Webb chụp được những hình ảnh tuyệt đẹp về cực quang sáng trên Sao Mộc (video)
— Kêu gọi các nhà khoa học công dân! Giúp Galaxy Zoo của NASA phân loại các thiên hà được kính viễn vọng không gian James Webb nhìn thấy
Ba thêm các nghiên cứu nêu chi tiết các nỗ lực xử lý dữ liệu của nhóm trong hai năm qua, một quá trình tỉ mỉ liên quan đến việc căn chỉnh và làm sạch hơn 10.000 hình ảnh riêng lẻ. Là một đài quan sát hoàn toàn mới, JWST mang đến những thách thức không ngờ tới. Hình ảnh của kính viễn vọng bao gồm các hiện vật không lường trước được, chẳng hạn như các mẫu nhiễu và biến dạng, mà nhóm nghiên cứu phải cẩn thận hiệu chỉnh.
Bất chấp những rào cản này, JWST đã vượt trội hơn các mô hình trước khi phóng dự đoán mức độ mờ nhạt hoặc xa xôi mà nó có thể phát hiện, Kartaltepe cho biết. "Thực tế hóa ra lại tốt hơn — chúng tôi có thể đi sâu hơn những gì chúng tôi mong đợi."
Bà nói thêm rằng danh mục này có "tiềm năng đáng kinh ngạc".
"Vẫn còn rất nhiều điều chúng tôi chưa biết."
