Kính thiên văn James Webb tìm thấy 'hóa thạch sống' từ vũ trụ thuở sơ khai

4 giờ trướcBài gốc

Một trong những khả năng nổi bật nhất của kính thiên văn James Webb (JWST) là quan sát các thiên hà hình thành chưa đầy 1 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang).

Hình ảnh tổng hợp ba màu của thiên hà LAP1-B. (Nguồn: NASA)

Đây là giai đoạn được gọi là Kỷ nguyên tái ion hóa, trùng với thời kỳ mà các nhà thiên văn học thường gọi là "Thời kỳ tăm tối vũ trụ". Trong khoảng thời gian từ 380.000 năm đến 1 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn, vũ trụ chủ yếu chứa hydro trung tính, khiến ánh sáng từ các thiên thể đầu tiên bị dịch chuyển đỏ rất mạnh và gần như nằm ngoài khả năng quan sát của các kính thiên văn truyền thống.

Nhờ các thiết bị hồng ngoại và hệ thống quang phổ hiện đại, James Webb có thể xuyên qua "bức màn" này để nghiên cứu những thiên hà xuất hiện trong những giai đoạn đầu tiên của lịch sử vũ trụ.

Phát hiện thiên hà cổ xưa LAP1-B

Trong nghiên cứu mới, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã sử dụng James Webb kết hợp với hiện tượng thấu kính hấp dẫn để quan sát LAP1-B, một thiên hà cực kỳ mờ nhạt tồn tại chỉ khoảng 800 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn.

Nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Kimihiko Nakajima thuộc Kanazawa University dẫn đầu. Kết quả được công bố ngày 13/5 trên tạp chí Nature.

Thông qua dữ liệu quang phổ từ James Webb, các nhà khoa học xác định LAP1-B là thiên hà nghèo kim loại nhất từng được phát hiện trong vũ trụ sơ khai.

Trong thiên văn học, "kim loại" là thuật ngữ dùng để chỉ tất cả các nguyên tố nặng hơn hydro và heli. Việc một thiên hà có rất ít kim loại đồng nghĩa với việc nó được hình thành cực kỳ sớm, khi các nguyên tố nặng vẫn chưa kịp được tạo ra với số lượng lớn.

Ngay sau Vụ Nổ Lớn, vũ trụ gần như chỉ chứa hydro và heli. Những nguyên tố quan trọng cho sự sống như carbon, oxy hay nitơ chưa tồn tại. Chúng chỉ xuất hiện sau khi những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ, được gọi là sao Quần thể III, hình thành, tổng hợp các nguyên tố nặng trong lõi rồi phát tán chúng ra không gian thông qua các vụ nổ siêu tân tinh.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học luôn tìm kiếm dấu vết của những thế hệ sao đầu tiên này. Tuy nhiên, nhiệm vụ đó vô cùng khó khăn vì các thiên hà thời kỳ đầu thường rất nhỏ, mờ nhạt và nằm ở khoảng cách xa.

Nhờ James Webb, nhóm nghiên cứu cuối cùng đã có thể phân tích thành phần hóa học của LAP1-B và phát hiện hàm lượng oxy của thiên hà này chỉ bằng khoảng 1/240 so với Mặt Trời, mức thấp kỷ lục từng được ghi nhận. Đồng thời, tỷ lệ carbon trên oxy trong thiên hà cũng phù hợp đáng kinh ngạc với các dự đoán về vật chất do các sao Quần thể III tạo ra.

'Hóa thạch sống' của vũ trụ

Để quan sát được LAP1-B, các nhà nghiên cứu đã tận dụng một cụm thiên hà nằm giữa Trái Đất và mục tiêu quan sát. Cụm thiên hà này hoạt động như một thấu kính hấp dẫn tự nhiên, khuếch đại ánh sáng từ LAP1-B lên khoảng 100 lần. Sau hơn 30 giờ quan sát và phân tích dữ liệu quang phổ, nhóm nghiên cứu mới có thể xác định được các đặc điểm chi tiết của thiên hà.

Theo ông Nakajima, đây giống như việc các nhà khoa học không còn phải suy đoán quá khứ thông qua những dấu vết còn sót lại, mà có thể trực tiếp nhìn thấy một phần lịch sử vũ trụ cách đây khoảng 13 tỷ năm.

Ông cho biết việc phát hiện mức oxy thấp bất thường trong LAP1-B là điều vô cùng đáng kinh ngạc, bởi nó cho thấy thiên hà này vẫn đang ở trạng thái gần như nguyên thủy ngay sau khi hình thành.

Một phát hiện đáng chú ý khác là LAP1-B có khối lượng sao cực kỳ nhỏ, dưới 3.300 lần khối lượng Mặt Trời. Điều này cho thấy phần lớn khối lượng của thiên hà có thể nằm trong quầng vật chất tối bao quanh nó.

Kết hợp giữa khối lượng thấp và thành phần hóa học nguyên thủy, LAP1-B có nhiều đặc điểm gần như trùng khớp với các thiên hà lùn siêu mờ (Ultra-Faint Dwarf Galaxies - UFD) hiện tồn tại quanh Dải Ngân Hà.

Những thiên hà UFD chứa các ngôi sao hơn 12 tỷ năm tuổi và thường được xem là "hóa thạch của vũ trụ", lưu giữ những dấu vết từ thời kỳ sơ khai nhất.

Theo Giáo sư Masami Ouchi, các nhà khoa học từ lâu nghi ngờ rằng các thiên hà lùn siêu mờ chính là tàn tích còn sót lại của những thiên hà đầu tiên trong vũ trụ. Dù vậy, họ chưa từng tìm thấy mối liên hệ trực tiếp nào.

Xuân Minh

Nguồn SK&ĐS : https://suckhoedoisong.vn/kinh-thien-van-james-webb-tim-thay-hoa-thach-song-tu-vu-tru-thuo-so-khai-169260601095330254.htm