Tìm thấy dấu vết ngôi sao đầu tiên của vũ trụ

2 giờ trướcBài gốc

Hình ảnh minh họa một trường sao thuộc nhóm III xuất hiện chỉ 100 triệu năm sau vụ nổ lớn. Ảnh: NOIRLab.

Trong suốt hàng tỷ năm tiến hóa, vũ trụ đã không ngừng thay đổi. Nhờ hiện tượng giãn nở, các nhà khoa học có thể "nhìn" ngược về quá khứ để quan sát quá trình tiến hóa đó.

Tuy nhiên, đôi khi các nhà khoa học lại phát hiện ra những thực thể không khớp với mô hình thường thấy về cách vũ trụ vận hành. Mới đây, nghiên cứu sinh Sijia Cai (khoa Thiên văn học, Đại học Thanh Hoa, Trung Quốc) và các đồng nghiệp đã công bố một thiên hà bất thường.

Họ tìm thấy thiên hà này hình thành khoảng 11 tỷ năm trước và dường như "không kim loại", một dấu hiệu cho thấy nó có thể chứa các ngôi sao thế hệ đầu tiên (Pop III) vốn rất khó tìm.

Trước khi đi sâu vào khám phá, cần làm rõ trong vũ trụ học, "kim loại" được định nghĩa là bất kỳ nguyên tố nào nặng hơn hydro và heli. Do các nguyên tố nặng hơn này chỉ được tổng hợp bên trong các ngôi sao (hoặc trong các vụ siêu tân tinh), nên thế hệ sao đầu tiên không thể chứa chúng.

Các nhà vũ trụ học đã tìm kiếm sao Pop III suốt hàng thập kỷ, nhưng cho đến nay vẫn chưa tìm thấy bất kỳ ngôi sao nào.

Thông thường, họ tìm kiếm trong một giai đoạn lịch sử vũ trụ được gọi là kỷ nguyên Tái Ion hóa - diễn ra sau vụ nổ lớn khoảng 1 tỷ năm. Lúc này, vũ trụ còn rất trẻ và chúng ta tin rằng những ngôi sao đầu tiên đang bắt đầu hình thành.

Do đó, nhóm nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi thiên hà mới này xuất hiện muộn hơn 2 tỷ năm so với kỷ nguyên Tái Ion hóa. Theo lý thuyết, tại thời điểm này, kim loại được tạo ra từ hàng loạt ngôi sao đã chết sẽ làm nhiễm bẩn các đám mây khí và bụi lân cận.

Nhưng sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng, các nhà khoa học đã xác định được thiên hà, định danh là MPG-CR3 (hoặc CR3). Phổ quang học của CR3 là độc nhất, với vạch hydro và heli rất sạch, gần như thiếu hoàn toàn kim loại như oxy. Giới hạn trên về độ kim loại của các ngôi sao trong CR3 chỉ bằng 0,7% độ kim loại của Mặt Trời.

Dữ liệu quang phổ của thiên hà CR3. Ảnh: Nhóm tác giả.

Điều thú vị là CR3 cũng chỉ mới khoảng 2 triệu năm tuổi theo tiêu chuẩn thiên hà, dù nó hình thành hàng tỷ năm trước. CR3 còn có vẻ không bụi và chứa các ngôi sao tương đối nhỏ, trái ngược với các ngôi sao siêu khối lượng thường thấy ở những thiên hà cổ đại trong thời kỳ hưng thịnh vũ trụ.

Tuy nhiên, có một đặc điểm quan trọng bị thiếu trong dữ liệu của CR3, thường được coi là một phần quan trọng để phát hiện bất kỳ sao Pop III nào, đó là vạch phát xạ Heli II.

Các tác giả đưa ra hai lời giải thích cho việc vạch Heli II không hiển thị trong dữ liệu. Thứ nhất, đã có một vạch phát xạ OH mạnh đến từ một nguồn khác trong phần dữ liệu đó, làm triệt tiêu tín hiệu Heli II. Thứ hai, tín hiệu Heli II đã mờ đi, vì biên độ của nó giảm đáng kể chỉ vài triệu năm sau khi hình thành sao.

Câu hỏi lớn đặt ra là làm thế nào thiên hà này lại tránh được ô nhiễm kim loại trong khi các thế hệ sao trước đã hình thành từ hàng tỷ năm? Các tác giả cho rằng câu trả lời nằm ở khoảng cách.

CR3 nằm trong một vùng mật độ thấp, đây là một túi không gian trống rỗng. Do sự cô lập này, khi đám mây khí tạo nên CR3 sụp đổ và hình thành sao, kim loại từ các khu vực lân cận không kịp lan tới, cho phép CR3 tự hình thành thế hệ sao đầu tiên của riêng mình muộn hơn nhiều so với phần còn lại của vũ trụ.

Ngọc Bích

Nguồn Znews : https://znews.vn/tim-thay-dau-vet-ngoi-sao-dau-tien-cua-vu-tru-post1604617.html