Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà thiên văn học đã tìm thấy nhóm thiên hà xa nhất được xác định cho đến nay. Được gọi là EGS77, bộ ba thiên hà có từ thời vũ trụ chỉ mới 680 triệu năm tuổi, tức chưa đến 5% so với tuổi hiện tại là 13,8 tỷ năm.
Quan trọng hơn, các quan sát cho thấy các thiên hà là những “người” tham gia vào một cuộc cải tạo vũ trụ sâu rộng được gọi là reionization. Thời đại bắt đầu khi ánh sáng từ những ngôi sao đầu tiên thay đổi bản chất của hydro trong vũ trụ theo cách giống như một hồ nước đóng băng tan chảy vào mùa xuân. Điều này đã biến vũ trụ sớm tối tăm, làm dịu ánh sáng thành vũ trụ chúng ta thấy xung quanh chúng ta ngày nay.
James Rhoads tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, người đã trình bày phát hiện vào ngày 5 tháng 1 lúc 235 cuộc họp của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ tại Honolulu chia sẻ: “Vũ trụ trẻ chứa đầy các nguyên tử hydro, làm giảm ánh sáng cực tím đến mức chúng chặn tầm nhìn của chúng ta về các thiên hà ban đầu. EGS77 là nhóm thiên hà đầu tiên bị bắt gặp trong hành động xóa tan sương mù vũ trụ này.”
Trong khi các thiên hà riêng lẻ ở xa hơn đã được quan sát thấy, EGS77 là nhóm thiên hà xa nhất cho đến nay cho thấy các bước sóng cụ thể của ánh sáng cực tím xa được tiết lộ bởi sự tái hợp. Phát xạ này được gọi là ánh sáng Lyman alpha, nổi bật trong tất cả các thành viên của EGS77.
Trong giai đoạn đầu tiên của nó, vũ trụ là một plasma phát sáng của các hạt bao gồm electron, proton, hạt nhân nguyên tử và ánh sáng. Các nguyên tử chưa thể tồn tại. Vũ trụ ở trạng thái ion hóa tương tự như khí bên trong một dấu hiệu neon sáng hoặc ống huỳnh quang.
Sau khi vũ trụ giãn nở và nguội đi khoảng 380.000 năm, các electron và proton kết hợp thành các nguyên tử đầu tiên – hơn 90% trong số đó là hydro. Hàng trăm triệu năm sau, khí này hình thành nên những ngôi sao và thiên hà đầu tiên. Nhưng chính sự hiện diện của loại khí dồi dào này đặt ra những thách thức cho việc phát hiện các thiên hà trong vũ trụ sơ khai.
Các nguyên tử hydro dễ dàng hấp thụ và nhanh chóng phát lại ánh sáng cực tím xa gọi là phát xạ Lyman alpha có bước sóng 121,6 nanomet. Khi những ngôi sao đầu tiên hình thành, một số ánh sáng chúng tạo ra phù hợp với bước sóng này. Do ánh sáng Lyman alpha dễ dàng tương tác với các nguyên tử hydro nên nó không thể đi xa trước khi khí phân tán nó theo các hướng ngẫu nhiên.
Vithal Tilvi, nhà nghiên cứu tại Đại học bang Arizona ở Tempe cho biết: “Ánh sáng cực mạnh từ các thiên hà có thể làm ion hóa khí hydro xung quanh, tạo thành bong bóng cho phép ánh sáng sao đi lại tự do. EGS77 đã hình thành một bong bóng lớn cho phép ánh sáng của nó đi tới Trái đất mà không bị suy giảm nhiều. Cuối cùng, những bong bóng như thế này đã phát triển xung quanh tất cả các thiên hà và lấp đầy không gian liên thiên hà, tái tạo vũ trụ và dọn đường cho ánh sáng đi qua vũ trụ.”
EGS77 được phát hiện như một phần của cuộc khảo sát Vũ trụ Sâu và Rộng (Vũ trụ DAWN), trong đó Rhoads đóng vai trò là nhà điều tra chính. Nhóm nghiên cứu đã chụp được một khu vực nhỏ trong chòm sao Boöte bằng bộ lọc được chế tạo tùy chỉnh trên Đài quan sát thiên văn cực rộng của Đài quan sát thiên văn quốc gia (NEWFIRM), được gắn vào kính viễn vọng Mayall 4 mét ở Đài quan sát quốc gia Kitt Peak gần Đài quan sát quốc gia Kitt. Arizona.
Do vũ trụ đang giãn nở, ánh sáng Lyman alpha từ EGS77 đã bị kéo dài ra trong quá trình di chuyển của nó, vì vậy các nhà thiên văn học thực sự phát hiện ra nó ở bước sóng gần hồng ngoại. Bây giờ chúng ta không thể nhìn thấy các thiên hà này trong ánh sáng khả kiến vì ánh sáng đó bắt đầu ở bước sóng ngắn hơn Lyman alpha và bị phân tán bởi sương mù của các nguyên tử hydro.
Để giúp chọn các ứng cử viên ở xa, các nhà nghiên cứu đã so sánh hình ảnh của họ với dữ liệu có sẵn công khai của cùng khu vực được chụp bởi kính viễn vọng không gian Hubble và Spitzer của NASA. Các thiên hà xuất hiện rực rỡ trong các hình ảnh cận hồng ngoại được gắn thẻ là các khả năng, trong khi các thiên hà xuất hiện dưới ánh sáng khả kiến bị từ chối vì quá gần.
Nhóm nghiên cứu đã xác nhận khoảng cách đến các thiên hà của EGS77 bằng cách sử dụng Máy quang phổ đa vật thể cho Khám phá hồng ngoại (MOSFIRE) trên kính viễn vọng Keck I tại Đài thiên văn WM Keck ở Maunakea, Hawaii. Cả ba thiên hà đều thể hiện các vạch phát xạ Lyman alpha ở các bước sóng hơi khác nhau, phản xạ khoảng cách hơi khác nhau. Sự tách biệt giữa các thiên hà liền kề là khoảng 2,3 triệu năm ánh sáng, hoặc gần hơn một chút so với khoảng cách giữa thiên hà Andromeda và Dải Ngân hà của chúng ta.
Một bài báo mô tả các phát hiện dẫn đầu bởi Tilvi đã được gửi đến Tạp chí Vật lý thiên văn .
Đồng tác giả Sangeeta Malhotra tại Goddard cho biết: “Mặc dù đây là nhóm thiên hà đầu tiên được xác định là chịu trách nhiệm cho sự tái tạo vũ trụ nhưng các sứ mệnh của NASA trong tương lai sẽ cho chúng ta biết nhiều hơn nữa. Kính thiên văn không gian James Webb sắp tới rất nhạy cảm với phát xạ Lyman alpha từ các thiên hà mờ hơn ở những khoảng cách này và có thể tìm thấy nhiều thiên hà hơn trong EGS77.”
Các nhà thiên văn học kỳ vọng rằng bong bóng tái tạo tương tự từ thời đại này sẽ rất hiếm và khó tìm. Kính viễn vọng khảo sát hồng ngoại trường rộng theo kế hoạch của NASA (WFIRST) có thể phát hiện ra các ví dụ bổ sung, làm sáng tỏ thêm quá trình chuyển đổi quan trọng này trong lịch sử vũ trụ.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi NASA / Goddard Space Flight Center . Bản gốc được viết bởi Francis Reddy. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.