Các nhà thiên văn học phát hiện những ngôi sao đầu tiên ‘sủi bọt’ từ thời kỳ đen tối của vũ trụ

Có một giai đoạn trong Vũ trụ rất sớm – được gọi là “thời kỳ đen tối vũ trụ” – khi các hạt cơ bản hình thành trong Vụ nổ lớn đã kết hợp để tạo thành hydro trung tính nhưng không có ngôi sao hay thiên hà nào làm sáng lên Vũ trụ. Thời kỳ này bắt đầu chưa đầy nửa triệu năm sau Vụ nổ lớn và kết thúc với sự hình thành của những ngôi sao đầu tiên. Trong khi giai đoạn này trong quá trình tiến hóa của Vũ trụ của chúng ta được biểu thị bằng mô phỏng máy tính cho thấy bằng chứng trực tiếp rất ít.

Giờ đây, các nhà thiên văn học sử dụng thiết bị chụp ảnh hồng ngoại NEWFIRM trên Kính viễn vọng Mayall 4 mét tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak thuộc Đài quan sát nghiên cứu thiên văn quang học quốc gia (OIR Lab) của NSF đã báo cáo hình ảnh một nhóm thiên hà được gọi là EGS77 [1] có chứa những ngôi sao đầu tiên Kết quả của họ đã được công bố trong cuộc họp báo được tổ chức hôm nay tại cuộc họp lần thứ 235 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ (AAS) ở Honolulu, Hawaii.

James Rhoads tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, cho biết: “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.”

Nhóm nghiên cứu bắt đầu với một cuộc khảo sát hình ảnh được thiết kế để phát hiện các thiên hà dịch chuyển đỏ cao và kết hợp những dữ liệu này với các hình ảnh tương ứng được chụp bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu tính toán cái được gọi là dịch chuyển đỏ trắc quang, một proxy để ước tính khoảng cách. Tại các dịch chuyển đỏ này, ánh sáng của một thiên hà bị dịch chuyển hoàn toàn ra khỏi phạm vi bước sóng mà mắt người nhạy cảm (phổ khả kiến) đến bước sóng dài hơn (hồng ngoại). Các tiêu chí để lựa chọn các ứng cử viên thiên hà ở xa bao gồm phát hiện rõ ràng chúng trong các bộ lọc băng hẹp hồng ngoại đặc biệt được sử dụng với NEWFIRM trên kính viễn vọng 4 mét Mayall và không phát hiện hoàn toàn trong các dải lọc quang bước sóng ngắn được Hubble sử dụng. 

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, 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 thiết bị chụp ảnh InfraRed cực rộng của Đài quan sát thiên văn quang học quốc gia (NEWFIRM). Ron Probst, một thành viên nhóm DAWN, người cũng đã giúp phát triển NEWFIRM, nói thêm: “Những kết quả này cho thấy giá trị của việc duy trì các thiết bị tại các đài quan sát quốc gia của chúng tôi rất mạnh mẽ và có thể thích ứng linh hoạt để theo đuổi các câu hỏi khoa học mới, những câu hỏi có thể không có trong đầu khi một nhạc cụ ban đầu được chế tạo. “

Sau khi được xác định, khoảng cách và do đó tuổi của các thiên hà này đã được xác nhận bằng quang phổ được chụp bằng máy quang phổ MOSFIRE tại kính viễn vọng Keck I tại Đài thiên văn WM Keck trên Maunakea ở Hawai’i. Tất cả ba thiên hà cho thấy các vạch phát xạ mạnh của hydro Lyman alpha ở độ dịch chuyển đỏ (z = 7.7), có nghĩa là chúng ta đang nhìn thấy chúng vào khoảng 680 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Kích thước của bong bóng ion hóa xung quanh từng được lấy từ mô hình máy tính. Những bong bóng này chồng lên nhau về mặt không gian nhưng đủ lớn (khoảng 2,2 triệu năm ánh sáng) để các photon Lyman alpha bị dịch chuyển đỏ trước khi chúng đến ranh giới của bong bóng và do đó có thể thoát ra ngoài vô tình cho phép các nhà thiên văn học phát hiện ra chúng.

Các nhà thiên văn học hy vọng rằng bong bóng tái tạo từ thời đại này trong lịch sử vũ trụ sẽ rất hiếm và khó tìm. Bình minh vũ trụ này là trạng thái trung gian giữa Vũ trụ trung tính và ion hóa, là một điều đã được dự đoán. Những khám phá như vậy được thực hiện nhờ sự sẵn có của các công cụ thiên văn mạnh mẽ có thể thăm dò Vũ trụ theo cách không thể tưởng tượng được bởi các thế hệ nhà thiên văn học trong quá khứ.

Ghi chú

[1] EGS, hay Dải Groth mở rộng, là khu vực được chụp bởi HST năm 2005; nó tương ứng với một dải hẹp của bầu trời về chiều rộng của một ngón tay được giữ ở độ dài cánh tay. Có ít nhất 50.000 thiên hà được biết đến trong dải.

Thêm thông tin

Nghiên cứu này sẽ được trình bày trong một bài báo sắp tới và hiện đang gần với sự chấp nhận.

Nhóm nghiên cứu bao gồm:

V. Tilvi, Trường thám hiểm trái đất và không gian, Đại học bang Arizona, Tempe, AZ; S. Malhotra, Khoa Khoa học Vật lý Thiên văn, Trung tâm Bay không gian Goddard, Greenbelt, MD; JE Rhoads, Khoa Khoa học Vật lý Thiên văn, Trung tâm Bay không gian Goddard, Greenbelt; A. Coughlin, Đại học Cộng đồng Chandler-Gilbert, Chandler, AZ; Z. Zheng, Phòng thí nghiệm trọng điểm CAS cho nghiên cứu về thiên hà và vũ trụ học, Đài quan sát thiên văn Thượng Hải, Thượng Hải, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa; SL Finkelstein, Khoa Thiên văn học, Đại học Texas tại Austin, Austin, TX; S. Veilleux, Khoa Thiên văn học và Viện Khoa học Vũ trụ Chung, Đại học Maryland, College Park, MD; B. Mobasher, Khoa Vật lý và Thiên văn học, Đại học California, Riverside, CA; J. Wang, Phòng thí nghiệm trọng điểm CAS cho nghiên cứu về thiên hà và vũ trụ học, Khoa thiên văn học, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, Hợp Phì, An Huy, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa; Rob Probst, NOAO, 950 N. Cherry Avenue, Tucson, AZ 85719.

Phòng thí nghiệm nghiên cứu thiên văn học hồng ngoại quang học quốc gia của NSF, trung tâm thiên văn học hồng ngoại quang học mặt đất, vận hành Đài thiên văn Gemini quốc tế, Đài quan sát quốc gia Kitt Peak (KPNO), Đài quan sát liên Mỹ (CTIO), Khoa học và dữ liệu cộng đồng Trung tâm (CSDC) và Kính thiên văn Khảo sát khái quát lớn (LSST). Nó được quản lý bởi Hiệp hội các trường đại học nghiên cứu về thiên văn học (AURA) theo thỏa thuận hợp tác với NSF và có trụ sở tại Tucson, Arizona. Cộng đồng thiên văn vinh dự có cơ hội tiến hành nghiên cứu thiên văn học về Iolkam Du’ag (Đỉnh Kitt) ở Arizona, trên Maunakea ở Hawai’i và trên Cerro Tololo và Cerro Pachón ở Chile. Chúng tôi nhận ra và thừa nhận vai trò văn hóa và sự tôn kính rất có ý nghĩa mà các trang web này đối với Tohono O ‘

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội các trường đại học nghiên cứu về thiên văn học (AURA) . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.