Các nhà thiên văn học đã tìm thấy oxy ở thiên hà xa nhất, và do đó là thiên hà sớm nhất, từng được nhìn thấy. Đây đánh dấu phát hiện oxy xa nhất mà loài người từng thực hiện.
Thiên hà sơ khai này, được gọi là JADES-GS-z14-0, có lượng nguyên tố nặng gấp 10 lần so với lượng nguyên tố dự kiến có trong một thiên hà tồn tại chỉ 300 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Những phát hiện chỉ ra rằng thiên hà này đã trưởng thành trong vũ trụ sơ khai, thách thức các lý thuyết về sự tiến hóa của thiên hà.
JADES-GS-z14-0 được Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) phát hiện vào năm 2024; ánh sáng của nó phải mất khoảng 13,4 tỷ năm mới đến được chúng ta, tương đương với khoảng 98% tuổi thọ 13,8 tỷ năm của vũ trụ. Thành phần hóa học mới được phát hiện của JADES-GS-z14-0 có được nhờ Mảng Atacama Large Millimeter/submillimeter (ALMA).
"Giống như tìm thấy một thiếu niên ở nơi mà bạn chỉ mong đợi có trẻ sơ sinh", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Đài quan sát Leiden Sander Schouws nói trong một tuyên bố. "Kết quả cho thấy thiên hà này hình thành rất nhanh và cũng đang trưởng thành nhanh chóng, bổ sung thêm bằng chứng ngày càng tăng cho thấy sự hình thành của các thiên hà diễn ra nhanh hơn nhiều so với dự kiến."
JADES-GS-z14-0 được phát hiện cùng với một số thiên hà khác có thời kỳ đầu tương tự như một phần của chương trình Khảo sát ngoài thiên hà sâu tiên tiến JWST (JADES). Dự án này nhằm mục đích cung cấp những hiểu biết quan trọng về cách các ngôi sao, khí và lỗ đen tiến hóa trong các thiên hà nguyên thủy khi vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi còn rất trẻ.
Khi vũ trụ bằng 2% độ tuổi hiện tại, các nhà khoa học cho rằng nó chủ yếu chứa hydro, nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ, một ít heli và một ít các nguyên tố nặng hơn, mà các nhà thiên văn học gọi một cách khó hiểu là "kim loại". Điều này có nghĩa là các ngôi sao và thiên hà được nhìn thấy trong giai đoạn này tương ứng sẽ "nghèo kim loại".
Khi những ngôi sao đầu tiên này chết và phát nổ trong các vụ nổ siêu tân tinh, các kim loại mà chúng đã hình thành trong suốt cuộc đời của mình đã bị phân tán, làm giàu các đám mây khí bên trong các thiên hà quê hương của chúng. Những đám mây này cuối cùng đã hình thành nên thế hệ sao tiếp theo, do đó giàu kim loại hơn.
Điều đó có nghĩa là một thiên hà càng già thì "mức độ trưởng thành" của nó càng có thể được đo lường dựa trên sự phong phú của các kim loại mà nó chứa. Và, được nhìn thấy ở tuổi 300 triệu năm trong vòng đời của vũ trụ, JADES-GS-z14-0 sẽ nghèo kim loại và "chưa trưởng thành" — nhưng nó có vẻ đã trưởng thành.
"Tôi đã rất ngạc nhiên trước những kết quả bất ngờ này vì chúng đã mở ra một góc nhìn mới về các giai đoạn đầu tiên của quá trình tiến hóa thiên hà", thành viên nhóm nghiên cứu Stefano Carniani của Scuola Normale Superiore ở Pisa, Ý, cho biết trong tuyên bố. "Bằng chứng cho thấy một thiên hà đã trưởng thành trong vũ trụ sơ khai đặt ra câu hỏi về thời điểm và cách thức các thiên hà hình thành."
Việc phát hiện ra oxy trong thiên hà sơ khai này cũng cho phép các nhà thiên văn học đo khoảng cách đến JADES-GS-z14-0 chính xác hơn.
"Phát hiện của ALMA cung cấp phép đo khoảng cách của thiên hà cực kỳ chính xác với độ không chắc chắn chỉ 0,005%", thành viên nhóm nghiên cứu Eleonora Parlanti của Scuola Normale Superiore ở Pisa, Ý, cho biết. "Mức độ chính xác này — tương tự như độ chính xác trong phạm vi 5 cm trên khoảng cách 0,62 dặm [1 km] — giúp tinh chỉnh sự hiểu biết của chúng ta về các đặc tính của thiên hà xa xôi."
Mặc dù JWST đã phát hiện ra thiên hà cực kỳ xa xôi này, nhưng việc đo chính xác khoảng cách của nó với Trái đất sẽ không thể thực hiện được nếu không có ALMA.
"Điều này cho thấy sự tương tác tuyệt vời giữa ALMA và JWST để tiết lộ sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà đầu tiên", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà thiên văn học Rychard Bouwens của Đài quan sát Leiden cho biết trong tuyên bố
Các câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra 'ngôi sao hỏng' phá kỷ lục không nên tồn tại (video)
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra thiên hà xa nhất từng được nhìn thấy (hình ảnh)
— 'Ngôi sao hỏng' là nguồn sóng vô tuyến lạnh nhất từ trước đến nay đã phát hiện
Gergö Popping là một nhà thiên văn học tại Trung tâm khu vực ALMA châu Âu, người không tham gia vào nghiên cứu này.
"Tôi thực sự ngạc nhiên trước phát hiện rõ ràng về oxy trong JADES-GS-z14-0 này", ông nói. "Nó cho thấy các thiên hà có thể hình thành nhanh hơn sau Vụ nổ lớn so với suy nghĩ trước đây.
"Kết quả này cho thấy vai trò quan trọng của ALMA trong việc làm sáng tỏ các điều kiện mà các thiên hà đầu tiên trong vũ trụ của chúng ta hình thành".
Nghiên cứu của nhóm đã được chấp nhận để xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Thiên hà sơ khai này, được gọi là JADES-GS-z14-0, có lượng nguyên tố nặng gấp 10 lần so với lượng nguyên tố dự kiến có trong một thiên hà tồn tại chỉ 300 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Những phát hiện chỉ ra rằng thiên hà này đã trưởng thành trong vũ trụ sơ khai, thách thức các lý thuyết về sự tiến hóa của thiên hà.
JADES-GS-z14-0 được Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) phát hiện vào năm 2024; ánh sáng của nó phải mất khoảng 13,4 tỷ năm mới đến được chúng ta, tương đương với khoảng 98% tuổi thọ 13,8 tỷ năm của vũ trụ. Thành phần hóa học mới được phát hiện của JADES-GS-z14-0 có được nhờ Mảng Atacama Large Millimeter/submillimeter (ALMA).
"Giống như tìm thấy một thiếu niên ở nơi mà bạn chỉ mong đợi có trẻ sơ sinh", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Đài quan sát Leiden Sander Schouws nói trong một tuyên bố. "Kết quả cho thấy thiên hà này hình thành rất nhanh và cũng đang trưởng thành nhanh chóng, bổ sung thêm bằng chứng ngày càng tăng cho thấy sự hình thành của các thiên hà diễn ra nhanh hơn nhiều so với dự kiến."
JADES-GS-z14-0 được phát hiện cùng với một số thiên hà khác có thời kỳ đầu tương tự như một phần của chương trình Khảo sát ngoài thiên hà sâu tiên tiến JWST (JADES). Dự án này nhằm mục đích cung cấp những hiểu biết quan trọng về cách các ngôi sao, khí và lỗ đen tiến hóa trong các thiên hà nguyên thủy khi vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi còn rất trẻ.
Tại sao JADES-GS-z14-0 lại là kim loại?
Để hiểu tại sao việc phát hiện ra các nguyên tố nặng trong một thiên hà sơ khai như JADES-GS-z14-0 lại gây ngạc nhiên đến vậy, chúng ta cần phải xem xét thành phần hóa học của vũ trụ sơ khai.Khi vũ trụ bằng 2% độ tuổi hiện tại, các nhà khoa học cho rằng nó chủ yếu chứa hydro, nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ, một ít heli và một ít các nguyên tố nặng hơn, mà các nhà thiên văn học gọi một cách khó hiểu là "kim loại". Điều này có nghĩa là các ngôi sao và thiên hà được nhìn thấy trong giai đoạn này tương ứng sẽ "nghèo kim loại".
Khi những ngôi sao đầu tiên này chết và phát nổ trong các vụ nổ siêu tân tinh, các kim loại mà chúng đã hình thành trong suốt cuộc đời của mình đã bị phân tán, làm giàu các đám mây khí bên trong các thiên hà quê hương của chúng. Những đám mây này cuối cùng đã hình thành nên thế hệ sao tiếp theo, do đó giàu kim loại hơn.
Điều đó có nghĩa là một thiên hà càng già thì "mức độ trưởng thành" của nó càng có thể được đo lường dựa trên sự phong phú của các kim loại mà nó chứa. Và, được nhìn thấy ở tuổi 300 triệu năm trong vòng đời của vũ trụ, JADES-GS-z14-0 sẽ nghèo kim loại và "chưa trưởng thành" — nhưng nó có vẻ đã trưởng thành.
"Tôi đã rất ngạc nhiên trước những kết quả bất ngờ này vì chúng đã mở ra một góc nhìn mới về các giai đoạn đầu tiên của quá trình tiến hóa thiên hà", thành viên nhóm nghiên cứu Stefano Carniani của Scuola Normale Superiore ở Pisa, Ý, cho biết trong tuyên bố. "Bằng chứng cho thấy một thiên hà đã trưởng thành trong vũ trụ sơ khai đặt ra câu hỏi về thời điểm và cách thức các thiên hà hình thành."
Việc phát hiện ra oxy trong thiên hà sơ khai này cũng cho phép các nhà thiên văn học đo khoảng cách đến JADES-GS-z14-0 chính xác hơn.
"Phát hiện của ALMA cung cấp phép đo khoảng cách của thiên hà cực kỳ chính xác với độ không chắc chắn chỉ 0,005%", thành viên nhóm nghiên cứu Eleonora Parlanti của Scuola Normale Superiore ở Pisa, Ý, cho biết. "Mức độ chính xác này — tương tự như độ chính xác trong phạm vi 5 cm trên khoảng cách 0,62 dặm [1 km] — giúp tinh chỉnh sự hiểu biết của chúng ta về các đặc tính của thiên hà xa xôi."
Mặc dù JWST đã phát hiện ra thiên hà cực kỳ xa xôi này, nhưng việc đo chính xác khoảng cách của nó với Trái đất sẽ không thể thực hiện được nếu không có ALMA.
"Điều này cho thấy sự tương tác tuyệt vời giữa ALMA và JWST để tiết lộ sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà đầu tiên", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà thiên văn học Rychard Bouwens của Đài quan sát Leiden cho biết trong tuyên bố
Các câu chuyện liên quan:
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra 'ngôi sao hỏng' phá kỷ lục không nên tồn tại (video)
— Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra thiên hà xa nhất từng được nhìn thấy (hình ảnh)
— 'Ngôi sao hỏng' là nguồn sóng vô tuyến lạnh nhất từ trước đến nay đã phát hiện
Gergö Popping là một nhà thiên văn học tại Trung tâm khu vực ALMA châu Âu, người không tham gia vào nghiên cứu này.
"Tôi thực sự ngạc nhiên trước phát hiện rõ ràng về oxy trong JADES-GS-z14-0 này", ông nói. "Nó cho thấy các thiên hà có thể hình thành nhanh hơn sau Vụ nổ lớn so với suy nghĩ trước đây.
"Kết quả này cho thấy vai trò quan trọng của ALMA trong việc làm sáng tỏ các điều kiện mà các thiên hà đầu tiên trong vũ trụ của chúng ta hình thành".
Nghiên cứu của nhóm đã được chấp nhận để xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
