M
Mắt Biếc
Guest
Các nhà thiên văn sử dụng Kính viễn vọng Hubble đã nhìn kỹ hơn về quá khứ hơn bao giờ hết, phát hiện ra một thiên hà được hình thành trên dưới 500 triệu năm sau sự ra đời của vũ trụ chúng ta, nó trở thành thiên hà lâu đời nhất và xa nhất từng thấy.
Việc tìm kiếm, được báo cáo ngày hôm nay (ngày 26 tháng 1) trên tạp chí Nature, sẽ giúp nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về những ngày đầu của vũ trụ, các nhà nghiên cứu cho biết. Đặc biệt, việc phát hiện sẽ làm sáng tỏ quá trình tiến hóa của các thiên hà ban đầu - các thiên hà đầu tiên được hình thành chỉ vài trăm triệu năm sau Vụ Nổ Lớn.
Hình bên trên cho là thiên hà cổ nhất được phát hiện cho tới nay, chụp bởi kính thiên văn không gian Hubble.
"Về bản chất, các khía cạnh quan trọng nhất của việc này là, nó cung cấp cho chúng ta một số khả năng phán đóan các thiên hà hình thành nhanh thế nào", tác giả chính Rychard Bouwens, thuộc Đại học California, Santa Cruz (UCSC) và Đại học Leiden ở Hà Lan, nói với SPACE.com. "Nó cung cấp một loại thang đo."
Nhìn ngược thời gian
Bouwens và các đồng nghiệp đã phân tích những quan sát bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA. Họ đã xem xét dữ liệu hồng ngoại được thu thập bởi Wide Field Camera 3 của Hubble, được cài đặt trên kính này vào năm 2009.
Các nhà nghiên cứu tìm thấy bằng chứng của một thiên hà với dịch chuyển đỏ 10.3. "Dịch chuyển đỏ" là một cách đo sự mở rộng bao nhiêu của không gian mà kéo dài ánh sáng của vật thể sang bước sóng dài hơn (đỏ hơn). Ánh sáng từ vật thể chuyển động ra xa chúng ta thay đổi đến hết màu đỏ của quang phổ là bước sóng của nó được kéo dài. Sự thay đổi, được gọi là hiện tượng Doppler, xuất hiện nhiều trên Trái Đất khi sóng âm thanh từ một xe cứu thương thay đổi cao độ khi xe cứu thương di chuyển về phía bạn với di chuyển ra xa bạn.
Các nhà thiên văn sử dụng các phép đo dịch chuyển đỏ để xác định khoảng cách của một vật thể, và bằng cách mở rộng độ tuổi của nó. Dịch chuyển đỏ càng lớn, khoảng cách càng xa.
Một dịch chuyển đỏ 10,3 tương ứng với một khoảng cách của 13.2 tỷ năm ánh sáng. Đó là, đó là mất 13.2 tỷ năm để ánh sáng đi từ thiên hà mới được phát hiện - đã được đặt tên là UDFj-39546284 – đến chúng ta.
Điều đó làm cho UDFj-39546284 trở thành thiên hà xa nhất được biết đến trong vũ trụ, đánh bại kỷ lục cũ-giữ bởi thiên hà nằm cách xa 100 triệu năm ánh sáng.
Các bức ảnh phóng đại xung quanh thiên hà UDFj-39546284 - thiên hà xa nhất và lâu đời nhất cho đến nay.
Bởi lẽ vũ trụ khoảng 13,7 tỷ năm tuổi, UDFj-39546284 gần như là thiên hà hình thành buổi đầu - chỉ 480 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, hoặc khi vũ trụ chỉ có tuổi bằng với 4 phần trăm so với tuổi hiện tại của nó.
Chính thức, UDFj-39546284 giữ chức vị "ứng cử viên thiên hà", đòi hỏi các quan sát nhiều hơn nữa để xác định sự tồn tại và tuổi của nó một cách chắc chắn. Nhưng sau khi thực hiện một số xét nghiệm, Bouwens và nhóm của ông tự tin rằng thiên hà là có, và đó dịch chuyển đỏ của nó là khoảng 10.3.
"Mọi thứ chúng tôi tìm thấy hoàn toàn phù hợp với nó là một nguồn thực," Bouwens nói. "Hiện giờ trông nó khá hay."
Tìm hiểu về sự hình thành thiên hà
Ngoài việc nghiên cứu UDFj-39546284, các nhà nghiên cứu cũng xem xét một số thiên hà hơi nhỏ, có niên đại khoảng 650 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Họ đã nhìn thấy sự khác biệt đáng kể giữa các thiên hà lớn hơn và trẻ hơn, cho thấy tỷ lệ sao ra đời đã tăng gấp 10 lần trong giữa 170 triệu năm.
"Đây là sự gia tăng đáng kinh ngạc trong thời gian ngắn như vậy, chỉ cần 1 phần trăm so với tuổi hiện nay của vũ trụ," đồng tác giả Garth Illingworth, của UCSC, cho biết trong một tuyên bố.
Nhóm nghiên cứu cũng tìm thấy sự khác biệt lớn trong số các thiên hà quan sát được trong hai kỷ nguyên. Họ phát hiện chỉ là một thiên hà có niên lên đến 480 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, trong khi các tìm kiếm trước đây tìm thấy được gần 50 thiên hà chỉ 170 triệu năm sau đó.
Các quan sát mới có thể giúp các nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về các thiên hà đầu của vũ trụ hợp thành và phát triển, các nhà nghiên cứu cho biết.
"Chúng tôi chắc chắn thấy được bằng chứng mạnh mẽ về sự hình thành phân cấp," Bouwens nói. "Nó khá ấn tượng."
Sự tái i-on hoá vũ trụ
Nghiên cứu mới cũng liên quan một câu hỏi lâu đời của thiên văn học. Vào khoảng 300.000 năm sau Vụ Nổ Lớn, hydro trong vũ trụ là trung lập, không có nghĩa là nó không mang điện tích. Trải qua 1 tỷ năm sau đó, tuy nhiên, vài thứ đã phóng ra đủ bức xạ để i-on hoá phần lớn lượng hydro này, tách nó thành electron và proton của nó.
"Các kết quả từ nghiên cứu này có nghĩa là các ngôi sao và thiên hà mà họ có thể phát hiện chỉ có thể cung cấp khoảng 12 phần trăm của bức xạ mà bạn sẽ cần," Rachel Somerville thuộc Viện Khoa học Kính viễn vọng không gian, những người không tham gia vào nghiên cứu này, nói với các phóng viên ngày hôm nay (ngày 26 tháng 1). "Vì vậy, điều này khá là bí ẩn mà cần phải được giải quyết."
Các kết quả mới tiên đoán rằng các thiên hà đầu như UDFj-39546284 có thể đã đóng một vai trò trong việc tái i-on hoá của vũ trụ. Nhưng đóng góp của riêng chúng có lẽ không đủ lớn để hoàn thành công việc, cho thấy rằng một số nguồn năng lượng bí ẩn cũng góp một phần trách nhiệm, các nhà nghiên cứu cho biết.
Các quan sát của nhóm nghiên cứu về vấn đề này không dứt khoát. Nó chạm đến đáy của sự bí ẩn về việc tái i-on hoá, các nhà thiên văn học sẽ cần phải thu thập nhiều dữ liệu hơn, theo Bouwens.
"Ở dịch chuyển đỏ 10, chúng tôi đã thực hiện một giả định tương đối thận trọng về việc có bao nhiêu các thiên hà mờ nhạt này đã hiện hữu," Bouwens nói. "Nếu thực sự xuất hiện nhiều hơn, chúng có thể quan trọng hơn nữa."
Hình mô phỏng cho thấy các nhà thiên văn học dùng kính viễn vọng nhìn xa vào vũ trụ. Hình ảnh cho thấy kính Hubble nhìn thấy xa hơn bao giờ hết và hi vọng xa hơn nữa đối với kính James Webb
Nhìn về tương lai
Trong khi nghiên cứu mới thực hiện một “cú” quan sát nhìn về quá khứ, các khí cụ thậm chí có thể được dùng để nhìn xa hơn vào quá khứ, đến kỷ nguyên đầu tiên của sự hình thành thiên hà, các nhà nghiên cứu cho biết.
Một trong những hứa hẹn nhất trong tương lai là công cụ của NASA – Kính thiên văn không gian James Webb (JWST), Bouwens nói. Hubble thành công vang dội bao nhiêu, thì JWST từ lâu đã bị cản trở bởi chi phí quá mức và chậm trễ.
Trước đây dự kiến sẽ ra mắt vào tháng Sáu năm 2014, JWST sẽ không cất bước sớm hơn tháng 9 năm 2015, theo một bảng đánh giá độc lập năm ngoái, được triệu tập để đánh giá các vấn đề của kính thiên văn.
Bất cứ khi nào mọi thứ được làm rõ vào nó được đưa lên bầu trời, JWST sẽ có tác động rất lớn, theo Bouwens.
"Chúng tôi bây giờ chỉ có cào xước bề mặt của những thứ có thể," ông nói. "Chúng tôi sẽ có thể tìm ra dịch chuyển đỏ 12 hoặc 13, và có thể thêm. Đó là chưa rõ ràng những gì chúng tôi sẽ có thể làm được."
Việc tìm kiếm, được báo cáo ngày hôm nay (ngày 26 tháng 1) trên tạp chí Nature, sẽ giúp nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về những ngày đầu của vũ trụ, các nhà nghiên cứu cho biết. Đặc biệt, việc phát hiện sẽ làm sáng tỏ quá trình tiến hóa của các thiên hà ban đầu - các thiên hà đầu tiên được hình thành chỉ vài trăm triệu năm sau Vụ Nổ Lớn.
Hình bên trên cho là thiên hà cổ nhất được phát hiện cho tới nay, chụp bởi kính thiên văn không gian Hubble.
"Về bản chất, các khía cạnh quan trọng nhất của việc này là, nó cung cấp cho chúng ta một số khả năng phán đóan các thiên hà hình thành nhanh thế nào", tác giả chính Rychard Bouwens, thuộc Đại học California, Santa Cruz (UCSC) và Đại học Leiden ở Hà Lan, nói với SPACE.com. "Nó cung cấp một loại thang đo."
Nhìn ngược thời gian
Bouwens và các đồng nghiệp đã phân tích những quan sát bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA. Họ đã xem xét dữ liệu hồng ngoại được thu thập bởi Wide Field Camera 3 của Hubble, được cài đặt trên kính này vào năm 2009.
Các nhà nghiên cứu tìm thấy bằng chứng của một thiên hà với dịch chuyển đỏ 10.3. "Dịch chuyển đỏ" là một cách đo sự mở rộng bao nhiêu của không gian mà kéo dài ánh sáng của vật thể sang bước sóng dài hơn (đỏ hơn). Ánh sáng từ vật thể chuyển động ra xa chúng ta thay đổi đến hết màu đỏ của quang phổ là bước sóng của nó được kéo dài. Sự thay đổi, được gọi là hiện tượng Doppler, xuất hiện nhiều trên Trái Đất khi sóng âm thanh từ một xe cứu thương thay đổi cao độ khi xe cứu thương di chuyển về phía bạn với di chuyển ra xa bạn.
Các nhà thiên văn sử dụng các phép đo dịch chuyển đỏ để xác định khoảng cách của một vật thể, và bằng cách mở rộng độ tuổi của nó. Dịch chuyển đỏ càng lớn, khoảng cách càng xa.
Một dịch chuyển đỏ 10,3 tương ứng với một khoảng cách của 13.2 tỷ năm ánh sáng. Đó là, đó là mất 13.2 tỷ năm để ánh sáng đi từ thiên hà mới được phát hiện - đã được đặt tên là UDFj-39546284 – đến chúng ta.
Điều đó làm cho UDFj-39546284 trở thành thiên hà xa nhất được biết đến trong vũ trụ, đánh bại kỷ lục cũ-giữ bởi thiên hà nằm cách xa 100 triệu năm ánh sáng.
Các bức ảnh phóng đại xung quanh thiên hà UDFj-39546284 - thiên hà xa nhất và lâu đời nhất cho đến nay.
Bởi lẽ vũ trụ khoảng 13,7 tỷ năm tuổi, UDFj-39546284 gần như là thiên hà hình thành buổi đầu - chỉ 480 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, hoặc khi vũ trụ chỉ có tuổi bằng với 4 phần trăm so với tuổi hiện tại của nó.
Chính thức, UDFj-39546284 giữ chức vị "ứng cử viên thiên hà", đòi hỏi các quan sát nhiều hơn nữa để xác định sự tồn tại và tuổi của nó một cách chắc chắn. Nhưng sau khi thực hiện một số xét nghiệm, Bouwens và nhóm của ông tự tin rằng thiên hà là có, và đó dịch chuyển đỏ của nó là khoảng 10.3.
"Mọi thứ chúng tôi tìm thấy hoàn toàn phù hợp với nó là một nguồn thực," Bouwens nói. "Hiện giờ trông nó khá hay."
Tìm hiểu về sự hình thành thiên hà
Ngoài việc nghiên cứu UDFj-39546284, các nhà nghiên cứu cũng xem xét một số thiên hà hơi nhỏ, có niên đại khoảng 650 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Họ đã nhìn thấy sự khác biệt đáng kể giữa các thiên hà lớn hơn và trẻ hơn, cho thấy tỷ lệ sao ra đời đã tăng gấp 10 lần trong giữa 170 triệu năm.
"Đây là sự gia tăng đáng kinh ngạc trong thời gian ngắn như vậy, chỉ cần 1 phần trăm so với tuổi hiện nay của vũ trụ," đồng tác giả Garth Illingworth, của UCSC, cho biết trong một tuyên bố.
Nhóm nghiên cứu cũng tìm thấy sự khác biệt lớn trong số các thiên hà quan sát được trong hai kỷ nguyên. Họ phát hiện chỉ là một thiên hà có niên lên đến 480 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, trong khi các tìm kiếm trước đây tìm thấy được gần 50 thiên hà chỉ 170 triệu năm sau đó.
Các quan sát mới có thể giúp các nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về các thiên hà đầu của vũ trụ hợp thành và phát triển, các nhà nghiên cứu cho biết.
"Chúng tôi chắc chắn thấy được bằng chứng mạnh mẽ về sự hình thành phân cấp," Bouwens nói. "Nó khá ấn tượng."
Sự tái i-on hoá vũ trụ
Nghiên cứu mới cũng liên quan một câu hỏi lâu đời của thiên văn học. Vào khoảng 300.000 năm sau Vụ Nổ Lớn, hydro trong vũ trụ là trung lập, không có nghĩa là nó không mang điện tích. Trải qua 1 tỷ năm sau đó, tuy nhiên, vài thứ đã phóng ra đủ bức xạ để i-on hoá phần lớn lượng hydro này, tách nó thành electron và proton của nó.
"Các kết quả từ nghiên cứu này có nghĩa là các ngôi sao và thiên hà mà họ có thể phát hiện chỉ có thể cung cấp khoảng 12 phần trăm của bức xạ mà bạn sẽ cần," Rachel Somerville thuộc Viện Khoa học Kính viễn vọng không gian, những người không tham gia vào nghiên cứu này, nói với các phóng viên ngày hôm nay (ngày 26 tháng 1). "Vì vậy, điều này khá là bí ẩn mà cần phải được giải quyết."
Các kết quả mới tiên đoán rằng các thiên hà đầu như UDFj-39546284 có thể đã đóng một vai trò trong việc tái i-on hoá của vũ trụ. Nhưng đóng góp của riêng chúng có lẽ không đủ lớn để hoàn thành công việc, cho thấy rằng một số nguồn năng lượng bí ẩn cũng góp một phần trách nhiệm, các nhà nghiên cứu cho biết.
Các quan sát của nhóm nghiên cứu về vấn đề này không dứt khoát. Nó chạm đến đáy của sự bí ẩn về việc tái i-on hoá, các nhà thiên văn học sẽ cần phải thu thập nhiều dữ liệu hơn, theo Bouwens.
"Ở dịch chuyển đỏ 10, chúng tôi đã thực hiện một giả định tương đối thận trọng về việc có bao nhiêu các thiên hà mờ nhạt này đã hiện hữu," Bouwens nói. "Nếu thực sự xuất hiện nhiều hơn, chúng có thể quan trọng hơn nữa."
Hình mô phỏng cho thấy các nhà thiên văn học dùng kính viễn vọng nhìn xa vào vũ trụ. Hình ảnh cho thấy kính Hubble nhìn thấy xa hơn bao giờ hết và hi vọng xa hơn nữa đối với kính James Webb
Nhìn về tương lai
Trong khi nghiên cứu mới thực hiện một “cú” quan sát nhìn về quá khứ, các khí cụ thậm chí có thể được dùng để nhìn xa hơn vào quá khứ, đến kỷ nguyên đầu tiên của sự hình thành thiên hà, các nhà nghiên cứu cho biết.
Một trong những hứa hẹn nhất trong tương lai là công cụ của NASA – Kính thiên văn không gian James Webb (JWST), Bouwens nói. Hubble thành công vang dội bao nhiêu, thì JWST từ lâu đã bị cản trở bởi chi phí quá mức và chậm trễ.
Trước đây dự kiến sẽ ra mắt vào tháng Sáu năm 2014, JWST sẽ không cất bước sớm hơn tháng 9 năm 2015, theo một bảng đánh giá độc lập năm ngoái, được triệu tập để đánh giá các vấn đề của kính thiên văn.
Bất cứ khi nào mọi thứ được làm rõ vào nó được đưa lên bầu trời, JWST sẽ có tác động rất lớn, theo Bouwens.
"Chúng tôi bây giờ chỉ có cào xước bề mặt của những thứ có thể," ông nói. "Chúng tôi sẽ có thể tìm ra dịch chuyển đỏ 12 hoặc 13, và có thể thêm. Đó là chưa rõ ràng những gì chúng tôi sẽ có thể làm được."
