Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Kính viễn vọng ALMA thực hiện cuộc khảo sát lớn nhất về các thiên hà xa xôi trong vũ trụ sơ khai.
Các thiên hà khổng lồ đã trưởng thành hơn nhiều trong vũ trụ sơ khai so với dự kiến trước đây. Điều này đã được chỉ ra bởi một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế, những người đã nghiên cứu 118 thiên hà xa xôi với Mảng Atacama Large Millimeter / Submillimeter (ALMA).
Hầu hết các thiên hà hình thành khi vũ trụ còn rất trẻ. Ví dụ, thiên hà của chúng ta bắt đầu hình thành cách đây 13,6 tỷ năm, trong vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi của chúng ta. Khi vũ trụ chỉ bằng 10% so với tuổi hiện tại (1-1,5 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang), hầu hết các thiên hà đều trải qua một “đợt tăng trưởng”. Trong thời gian này, chúng đã xây dựng hầu hết khối lượng sao và các đặc tính khác, chẳng hạn như bụi, hàm lượng nguyên tố nặng và hình dạng đĩa xoắn ốc, mà chúng ta thấy trong các thiên hà ngày nay. Do đó, nếu chúng ta muốn tìm hiểu cách các thiên hà như Dải Ngân hà của chúng ta hình thành, thì điều quan trọng là phải nghiên cứu kỷ nguyên này.
Trong một cuộc khảo sát có tên ALPINE (Chương trình lớn ALMA để điều tra C + vào thời điểm sớm), một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã nghiên cứu 118 thiên hà trải qua một “đợt tăng trưởng” như vậy trong vũ trụ sơ khai. Andreas Faisst thuộc Trung tâm Xử lý và Phân tích Hồng ngoại (IPAC) tại Viện Công nghệ California (Caltech) cho biết: “Trước sự ngạc nhiên của chúng tôi, nhiều người trong số họ đã trưởng thành hơn nhiều so với dự kiến của chúng tôi.”
Các thiên hà được coi là “trưởng thành” hơn “nguyên thủy” khi chúng chứa một lượng đáng kể bụi và các nguyên tố nặng. Faisst nói: “Chúng tôi không mong đợi sẽ thấy nhiều bụi và các nguyên tố nặng như vậy trong các thiên hà xa xôi này. Bụi và các nguyên tố nặng (được các nhà thiên văn học định nghĩa là tất cả các nguyên tố nặng hơn hydro và heli) được coi là sản phẩm phụ của các ngôi sao sắp chết. Nhưng các thiên hà trong vũ trụ sơ khai vẫn chưa có nhiều thời gian để xây dựng các ngôi sao, vì vậy các nhà thiên văn học cũng không hy vọng sẽ thấy nhiều bụi hoặc các nguyên tố nặng ở đó.
Daniel Schaerer thuộc Đại học Geneva ở Thụy Sĩ cho biết: “Từ những nghiên cứu trước đây, chúng tôi hiểu rằng những thiên hà trẻ như vậy rất nghèo bụi”. Ông nói thêm: “Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy khoảng 20% các thiên hà tập hợp trong thời kỳ sơ khai này đã rất bụi và một phần đáng kể tia cực tím từ các ngôi sao mới sinh đã bị che khuất bởi lớp bụi này.”
Nhiều thiên hà cũng được coi là tương đối lớn vì chúng cho thấy sự đa dạng trong cấu trúc của chúng, bao gồm cả những dấu hiệu đầu tiên của các đĩa được hỗ trợ quay – sau này có thể dẫn đến các thiên hà có cấu trúc xoắn ốc như được quan sát thấy trong các thiên hà như của chúng ta Dải Ngân Hà. Các nhà thiên văn học thường kỳ vọng rằng các thiên hà trong vũ trụ sơ khai trông giống như xác tàu hỏa vì chúng thường xuyên va chạm. John Silverman thuộc Viện Vật lý và Toán học của Vũ trụ Kavli ở Nhật Bản cho biết: “Chúng tôi thấy nhiều thiên hà đang va chạm, nhưng chúng tôi cũng thấy một số trong số chúng đang quay một cách trật tự mà không có dấu hiệu của sự va chạm.”
ALMA đã phát hiện ra các thiên hà rất xa trước đây, chẳng hạn như MAMBO-9 (một thiên hà rất bụi) và Wolfe Disk (thiên hà có đĩa quay). Nhưng thật khó để nói liệu những khám phá này là độc nhất vô nhị hay liệu có nhiều thiên hà giống như chúng ngoài kia hay không. ALPINE là cuộc khảo sát đầu tiên cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu một số lượng đáng kể các thiên hà trong vũ trụ sơ khai, và nó cho thấy chúng có thể tiến hóa nhanh hơn dự kiến. Nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hiểu bằng cách nào mà những thiên hà này lớn lên quá nhanh và tại sao một số trong số chúng đã có đĩa quay.
Các quan sát từ ALMA rất quan trọng cho nghiên cứu này vì kính thiên văn vô tuyến có thể nhìn thấy sự hình thành sao bị che khuất bởi bụi và theo dõi chuyển động của khí phát ra từ các vùng hình thành sao. Các cuộc khảo sát các thiên hà trong vũ trụ sơ khai thường sử dụng kính thiên văn quang học và hồng ngoại. Chúng cho phép đo sự hình thành sao không quan sát được và khối lượng sao. Tuy nhiên, những kính thiên văn này gặp khó khăn khi đo các vùng bị che khuất bởi bụi, nơi hình thành các ngôi sao hoặc chuyển động của khí trong các thiên hà này. Và đôi khi họ không nhìn thấy một thiên hà nào cả. Lin Yan của Caltech cho biết: “Với ALMA, lần đầu tiên chúng tôi phát hiện ra một vài thiên hà xa xôi. Chúng tôi gọi những thiên hà này là Hubble tối vì chúng không thể được phát hiện ngay cả với kính thiên văn Hubble”.
Để tìm hiểu thêm về các thiên hà xa xôi, các nhà thiên văn muốn chỉ ALMA vào các thiên hà riêng lẻ trong thời gian dài hơn. “Chúng tôi muốn biết chính xác vị trí của bụi và cách khí di chuyển xung quanh. Chúng tôi cũng muốn so sánh các thiên hà đầy bụi với những thiên hà khác ở cùng khoảng cách và tìm hiểu xem liệu có điều gì đó đặc biệt về môi trường của chúng”, Paolo Cassata của tổ chức Đại học Padua ở Ý, trước đây là Đại học University of Valparaíso ở Chile.”
ALPINE là cuộc khảo sát đa bước sóng đầu tiên và lớn nhất về các thiên hà trong vũ trụ sơ khai. Đối với một lượng lớn thiên hà, nhóm đã thu thập các phép đo trong quang học (bao gồm Subaru, VISTA, Hubble, Keck và VLT), hồng ngoại (Spitzer) và vô tuyến (ALMA). Các nghiên cứu đa bước sóng là cần thiết để có được bức tranh đầy đủ về cách các thiên hà được hình thành. Matthieu Béthermin của Laboratoire d’Astrophysique de Marseille ở Pháp cho biết: “Một cuộc khảo sát lớn và phức tạp như vậy chỉ có thể thực hiện được nhờ vào sự hợp tác giữa nhiều viện trên toàn cầu.”
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :