Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) xuất sắc ở nhiều thứ, nhưng có hai thứ mà nó làm tốt hơn bất kỳ thiết bị khoa học nào khác trong lịch sử loài người: phát hiện ra các thiên hà sơ khai và phá vỡ kỷ lục của chính nó!
Giờ đây, kính viễn vọng không gian trị giá 10 tỷ đô la của NASA đã làm được cả hai điều đó một lần nữa, phát hiện ra một thiên hà tồn tại chỉ 280 triệu năm sau Vụ nổ lớn, một kỳ tích mà nhóm nghiên cứu đứng sau nghiên cứu này gọi là "phép màu vũ trụ".
Hiện tại, là thiên hà sớm nhất và xa nhất từng được phát hiện, "mẹ của tất cả các thiên hà sơ khai", khám phá JWST mới này đã được đặt tên phù hợp là "MoM z14".
"Đầu tiên và quan trọng nhất, hiện tại, đây là vật thể xa nhất mà loài người biết đến. Tên gọi đó thay đổi thường xuyên, nhưng tôi thấy nó luôn là lý do để dừng lại và suy ngẫm", thành viên nhóm nghiên cứu và giáo sư Thiên văn học và Vật lý của Đại học Yale Pieter van Dokkum nói với Space.com. "MoM z14 tồn tại khi vũ trụ khoảng 280 triệu năm tuổi - chúng ta đang tiến khá gần đến Vụ nổ lớn.
"Để hiểu rõ hơn, cá mập đã tồn tại trên Trái đất trong khoảng thời gian dài hơn!"
Độ dịch chuyển đỏ đề cập đến hiện tượng bước sóng ánh sáng từ các nguồn xa và do đó là nguồn sớm bị kéo căng và dịch chuyển về phía "đầu đỏ" của quang phổ điện từ khi nó đi qua không gian đang giãn nở.
Một vật thể càng sớm và càng xa thì độ dịch chuyển đỏ càng lớn.
Trước khi phát hiện ra MoM z14, thiên hà giữ danh hiệu thiên hà sớm nhất và xa nhất là JADES-GS-z14-0, tồn tại chỉ 300 triệu năm sau Vụ nổ lớn, hay khoảng 13,5 tỷ năm trước.
Thiên hà kỷ lục trước đó này có độ dịch chuyển đỏ là z =14,32, trong khi MoM z14 có độ dịch chuyển đỏ là z = 14,44.
"Câu chuyện rộng hơn ở đây là JWST không được mong đợi sẽ tìm thấy bất kỳ thiên hà nào ở giai đoạn đầu như vậy trong lịch sử của vũ trụ, ít nhất là không phải ở giai đoạn này của nhiệm vụ", van Dokkum cho biết. "Có, rất sơ bộ, hơn 100 thiên hà tương đối sáng hơn trong vũ trụ rất sơ khai so với dự kiến dựa trên các quan sát trước JWST".
Ngoài ra, ngoài việc phát hiện ra thiên hà mới, sớm nhất và xa nhất này, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định một số đặc điểm của nó bằng cách sử dụng JWST.
Các nhà nghiên cứu đã có thể xác định rằng MoM z14 nhỏ hơn Ngân Hà khoảng 50 lần. Nhóm nghiên cứu cũng đo các vạch phát xạ từ thiên hà, cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố như nitơ và carbon.
"Các vạch phát xạ này rất bất thường; nó chỉ ra rằng thiên hà này rất trẻ, với tốc độ hình thành các ngôi sao mới tăng nhanh chóng", van Dokkum cho biết. "Ngoài ra còn có dấu hiệu cho thấy không có nhiều khí hydro trung tính bao quanh thiên hà, điều này sẽ rất đáng ngạc nhiên: vũ trụ rất sơ khai được cho là sẽ chứa đầy hydro trung tính.
"Điều đó cần có quang phổ tốt hơn và nhiều thiên hà hơn để nghiên cứu đầy đủ hơn."
Sự hiện diện của cacbon và nitơ trong MoM z14 chỉ ra rằng có những thiên hà sớm hơn được phát hiện so với ví dụ 13,52 tỷ năm tuổi này.
Đó là bởi vì những thiên hà sớm nhất trong vũ trụ và các ngôi sao của chúng chứa đầy các nguyên tố đơn giản nhất trong vũ trụ, hydro và heli.
Các thiên hà sau này sẽ có các nguyên tố nặng hơn này, mà các nhà thiên văn học gọi một cách hơi khó hiểu là "kim loại", vì các ngôi sao của chúng đã tôi luyện chúng rồi phân tán chúng trong các vụ nổ siêu tân tinh.
"MoM z14 không phải là một trong những vật thể đầu tiên hình thành trong vũ trụ, vì các ngôi sao trong các thiên hà đó chỉ bao gồm hydro và heli - chúng ta sẽ không nhìn thấy carbon hoặc nitơ", van Dokkum cho biết. "Nó có thể là một phần của làn sóng hình thành đầu tiên của các thiên hà 'bình thường', tức là các thiên hà đầu tiên có các nguyên tố như nitơ và carbon - nhưng chúng ta đã nghĩ như vậy trước đây!"
Các bài viết liên quan:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Phát hiện này của Kính viễn vọng không gian James Webb có thể khiến bạn kinh ngạc
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen siêu lớn của thiên hà Milky Way của chúng ta đang thổi bong bóng (hình ảnh, video)
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra các thiên hà sơ khai thách thức 'quy tắc vũ trụ' về sự hình thành sao
Về việc tìm ra các thiên hà thậm chí còn sớm hơn MoM z14 và thậm chí có thể phát hiện ra thế hệ đầu tiên đó, van Dokkum tin tưởng rằng JWST có thể hoàn thành nhiệm vụ.
Ông giải thích: "JWST tiếp tục đẩy ranh giới vượt ra ngoài nơi chúng ta nghĩ, và tại thời điểm này, tôi sẽ không ngạc nhiên nếu chúng ta tìm thấy các thiên hà ở z =15 hoặc z =16!"
Hiện tại, van Dokkum và những người còn lại trong nhóm này, do Rohan Naidu của Viện Kavli thuộc MIT đứng đầu Vật lý thiên văn và Nghiên cứu không gian có thể ăn mừng khi đạt được bước đột phá mới trong hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai.
"Trong một chương trình như thế này, toàn bộ nhóm luôn hy vọng vào một 'phép màu', tức là một số thiên hà ứng viên cực kỳ sớm thực sự hình thành chứ không phải là 'ảo ảnh', những vật thể có màu sắc trông giống như những vật thể cực kỳ sớm", van Dokkum kết luận. "Mặc dù chúng tôi hy vọng tìm thấy một số vật thể rất sớm, nhưng tôi không nghĩ bất kỳ ai trong chúng tôi mong đợi phá vỡ kỷ lục về độ dịch chuyển đỏ!"
Phiên bản nghiên cứu của nhóm đã được bình duyệt trước của đồng nghiệp được công bố trên trang lưu trữ bài báo arXiv.
Giờ đây, kính viễn vọng không gian trị giá 10 tỷ đô la của NASA đã làm được cả hai điều đó một lần nữa, phát hiện ra một thiên hà tồn tại chỉ 280 triệu năm sau Vụ nổ lớn, một kỳ tích mà nhóm nghiên cứu đứng sau nghiên cứu này gọi là "phép màu vũ trụ".
Hiện tại, là thiên hà sớm nhất và xa nhất từng được phát hiện, "mẹ của tất cả các thiên hà sơ khai", khám phá JWST mới này đã được đặt tên phù hợp là "MoM z14".
"Đầu tiên và quan trọng nhất, hiện tại, đây là vật thể xa nhất mà loài người biết đến. Tên gọi đó thay đổi thường xuyên, nhưng tôi thấy nó luôn là lý do để dừng lại và suy ngẫm", thành viên nhóm nghiên cứu và giáo sư Thiên văn học và Vật lý của Đại học Yale Pieter van Dokkum nói với Space.com. "MoM z14 tồn tại khi vũ trụ khoảng 280 triệu năm tuổi - chúng ta đang tiến khá gần đến Vụ nổ lớn.
"Để hiểu rõ hơn, cá mập đã tồn tại trên Trái đất trong khoảng thời gian dài hơn!"
JWST lại nhìn thấy màu đỏ
Kể từ khi bắt đầu gửi dữ liệu trở lại Trái đất vào mùa hè năm 2022, JWST đã xuất sắc trong việc phát hiện các thiên hà ở cái gọi là "độ dịch chuyển đỏ cao".Độ dịch chuyển đỏ đề cập đến hiện tượng bước sóng ánh sáng từ các nguồn xa và do đó là nguồn sớm bị kéo căng và dịch chuyển về phía "đầu đỏ" của quang phổ điện từ khi nó đi qua không gian đang giãn nở.
Một vật thể càng sớm và càng xa thì độ dịch chuyển đỏ càng lớn.
Trước khi phát hiện ra MoM z14, thiên hà giữ danh hiệu thiên hà sớm nhất và xa nhất là JADES-GS-z14-0, tồn tại chỉ 300 triệu năm sau Vụ nổ lớn, hay khoảng 13,5 tỷ năm trước.
Thiên hà kỷ lục trước đó này có độ dịch chuyển đỏ là z =14,32, trong khi MoM z14 có độ dịch chuyển đỏ là z = 14,44.
Chúng ta biết gì về thiên hà mẹ của tất cả các thiên hà sơ khai?
Tuy nhiên, có một bối cảnh rộng hơn đối với việc quan sát MoM z14 so với thực tế là nó đã phá vỡ kỷ lục về thiên hà sớm nhất được biết đến là 20 triệu năm, như van Dokkum đã giải thích."Câu chuyện rộng hơn ở đây là JWST không được mong đợi sẽ tìm thấy bất kỳ thiên hà nào ở giai đoạn đầu như vậy trong lịch sử của vũ trụ, ít nhất là không phải ở giai đoạn này của nhiệm vụ", van Dokkum cho biết. "Có, rất sơ bộ, hơn 100 thiên hà tương đối sáng hơn trong vũ trụ rất sơ khai so với dự kiến dựa trên các quan sát trước JWST".
Ngoài ra, ngoài việc phát hiện ra thiên hà mới, sớm nhất và xa nhất này, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định một số đặc điểm của nó bằng cách sử dụng JWST.
Các nhà nghiên cứu đã có thể xác định rằng MoM z14 nhỏ hơn Ngân Hà khoảng 50 lần. Nhóm nghiên cứu cũng đo các vạch phát xạ từ thiên hà, cho thấy sự hiện diện của các nguyên tố như nitơ và carbon.
"Các vạch phát xạ này rất bất thường; nó chỉ ra rằng thiên hà này rất trẻ, với tốc độ hình thành các ngôi sao mới tăng nhanh chóng", van Dokkum cho biết. "Ngoài ra còn có dấu hiệu cho thấy không có nhiều khí hydro trung tính bao quanh thiên hà, điều này sẽ rất đáng ngạc nhiên: vũ trụ rất sơ khai được cho là sẽ chứa đầy hydro trung tính.
"Điều đó cần có quang phổ tốt hơn và nhiều thiên hà hơn để nghiên cứu đầy đủ hơn."
Sự hiện diện của cacbon và nitơ trong MoM z14 chỉ ra rằng có những thiên hà sớm hơn được phát hiện so với ví dụ 13,52 tỷ năm tuổi này.
Đó là bởi vì những thiên hà sớm nhất trong vũ trụ và các ngôi sao của chúng chứa đầy các nguyên tố đơn giản nhất trong vũ trụ, hydro và heli.
Các thiên hà sau này sẽ có các nguyên tố nặng hơn này, mà các nhà thiên văn học gọi một cách hơi khó hiểu là "kim loại", vì các ngôi sao của chúng đã tôi luyện chúng rồi phân tán chúng trong các vụ nổ siêu tân tinh.
"MoM z14 không phải là một trong những vật thể đầu tiên hình thành trong vũ trụ, vì các ngôi sao trong các thiên hà đó chỉ bao gồm hydro và heli - chúng ta sẽ không nhìn thấy carbon hoặc nitơ", van Dokkum cho biết. "Nó có thể là một phần của làn sóng hình thành đầu tiên của các thiên hà 'bình thường', tức là các thiên hà đầu tiên có các nguyên tố như nitơ và carbon - nhưng chúng ta đã nghĩ như vậy trước đây!"
Các bài viết liên quan:
— Vũ trụ của chúng ta có bị mắc kẹt bên trong một lỗ đen không? Phát hiện này của Kính viễn vọng không gian James Webb có thể khiến bạn kinh ngạc
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra lỗ đen siêu lớn của thiên hà Milky Way của chúng ta đang thổi bong bóng (hình ảnh, video)
—Kính viễn vọng không gian James Webb phát hiện ra các thiên hà sơ khai thách thức 'quy tắc vũ trụ' về sự hình thành sao
Về việc tìm ra các thiên hà thậm chí còn sớm hơn MoM z14 và thậm chí có thể phát hiện ra thế hệ đầu tiên đó, van Dokkum tin tưởng rằng JWST có thể hoàn thành nhiệm vụ.
Ông giải thích: "JWST tiếp tục đẩy ranh giới vượt ra ngoài nơi chúng ta nghĩ, và tại thời điểm này, tôi sẽ không ngạc nhiên nếu chúng ta tìm thấy các thiên hà ở z =15 hoặc z =16!"
Hiện tại, van Dokkum và những người còn lại trong nhóm này, do Rohan Naidu của Viện Kavli thuộc MIT đứng đầu Vật lý thiên văn và Nghiên cứu không gian có thể ăn mừng khi đạt được bước đột phá mới trong hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai.
"Trong một chương trình như thế này, toàn bộ nhóm luôn hy vọng vào một 'phép màu', tức là một số thiên hà ứng viên cực kỳ sớm thực sự hình thành chứ không phải là 'ảo ảnh', những vật thể có màu sắc trông giống như những vật thể cực kỳ sớm", van Dokkum kết luận. "Mặc dù chúng tôi hy vọng tìm thấy một số vật thể rất sớm, nhưng tôi không nghĩ bất kỳ ai trong chúng tôi mong đợi phá vỡ kỷ lục về độ dịch chuyển đỏ!"
Phiên bản nghiên cứu của nhóm đã được bình duyệt trước của đồng nghiệp được công bố trên trang lưu trữ bài báo arXiv.
