Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Kính viễn vọng không gian Spitzer của NASA đã tiết lộ rằng một số thiên hà sớm nhất của Vũ trụ sáng hơn dự kiến. Ánh sáng dư thừa là sản phẩm phụ của các thiên hà giải phóng lượng bức xạ ion hóa cực kỳ cao. Phát hiện này đưa ra manh mối về nguyên nhân của Kỷ nguyên Reionization, một sự kiện vũ trụ lớn đã biến vũ trụ từ phần lớn mờ đục thành cảnh sao rực rỡ được thấy ngày nay.
Kính viễn vọng không gian Spitzer của NASA đã tiết lộ rằng một số thiên hà sớm nhất của Vũ trụ sáng hơn dự kiến. Ánh sáng dư thừa là sản phẩm phụ của các thiên hà giải phóng lượng bức xạ ion hóa cực kỳ cao. Phát hiện này đưa ra manh mối về nguyên nhân của Kỷ nguyên Reionisation, một sự kiện vũ trụ lớn đã biến vũ trụ từ phần lớn mờ đục thành cảnh sao rực rỡ được thấy ngày nay. Công trình mới xuất hiện trong một bài báo trong Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia .
Các nhà nghiên cứu báo cáo về các quan sát của một số thiên hà đầu tiên hình thành trong vũ trụ, chưa đầy 1 tỷ năm sau vụ nổ lớn (hay hơn 13 tỷ năm trước một chút). Dữ liệu cho thấy trong một vài bước sóng cụ thể của tia hồng ngoại và các thiên hà sáng hơn đáng kể so với dự đoán của các nhà khoa học. Nghiên cứu này là lần đầu tiên xác nhận hiện tượng này đối với một mẫu thiên hà lớn trong giai đoạn này cho thấy đây không phải là những trường hợp đặc biệt có độ sáng quá mức mà ngay cả các thiên hà trung bình có mặt tại thời điểm đó cũng sáng hơn nhiều so với các thiên hà chúng ta thấy ngày nay .
Không ai biết chắc chắn khi những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ của chúng ta bùng nổ. Nhưng bằng chứng cho thấy rằng trong khoảng 100 triệu đến 200 triệu năm sau Vụ nổ lớn, Vũ trụ chứa đầy khí hydro trung tính có lẽ đã bắt đầu hợp lại thành các ngôi sao sau đó bắt đầu hình thành các thiên hà đầu tiên. Khoảng 1 tỷ năm sau vụ nổ lớn, Vũ trụ đã trở thành một vũ khí lấp lánh. Một cái gì đó khác cũng đã thay đổi: Các electron của khí hydro trung tính có mặt ở khắp nơi đã bị tước đi trong một quá trình gọi là ion hóa. Kỷ nguyên Reionisation – sự thay đổi từ một vũ trụ chứa đầy hydro trung tính thành một chứa đầy hydro bị ion hóa đã được ghi chép lại.
Trước sự biến đổi toàn vũ trụ này, các dạng ánh sáng bước sóng dài chẳng hạn như sóng vô tuyến và ánh sáng khả kiến, đi ngang qua vũ trụ ít nhiều không bị cản trở. Nhưng các bước sóng ánh sáng ngắn hơn bao gồm ánh sáng cực tím, tia X và tia gamma đã bị dừng lại bởi các nguyên tử hydro trung tính. Những va chạm này sẽ tước đi các nguyên tử hydro trung tính của các electron làm ion hóa chúng.
Nhưng những gì có thể đã tạo ra đủ bức xạ ion hóa để ảnh hưởng đến tất cả hydro trong Vũ trụ? Có phải đó là những ngôi sao riêng lẻ? Thiên hà khổng lồ? Nếu một trong hai “thủ phạm”, những kẻ xâm chiếm vũ trụ thời kỳ đầu đó sẽ khác với hầu hết các ngôi sao và thiên hà hiện đại thường không giải phóng lượng phóng xạ ion hóa cao. Sau đó, một lần nữa, có lẽ một cái gì đó khác hoàn toàn gây ra sự kiện chẳng hạn như các quasar – các thiên hà với các trung tâm cực kỳ sáng được cung cấp bởi một lượng lớn vật chất quay quanh các lỗ đen siêu lớn.
Đó là một trong những câu hỏi mở lớn nhất trong vũ trụ học quan sát. Các nhà thiên văn học biết nó đã xảy ra nhưng điều gì gây ra nó? Những phát hiện mới này có thể là một manh mối lớn.
Để quay ngược thời gian về thời đại ngay trước khi Đại Kỷ Nguyên kết thúc, Spitzer nhìn chằm chằm vào hai vùng trời trong hơn 200 giờ mỗi lần cho phép kính viễn vọng không gian thu thập ánh sáng đã đi được hơn 13 tỷ năm để đến với chúng ta .
Như một số quan sát khoa học dài nhất từng được thực hiện bởi Spitzer, chúng là một phần của chiến dịch quan sát có tên GREATS (viết tắt của GOODS Re-ionization Era wide-Area Treasury) từ Spitzer. GOODS (bản thân nó là từ viết tắt: Great Observeries Origins Deep Survey) là một chiến dịch khác thực hiện các quan sát đầu tiên về một số mục tiêu TUYỆT VỜI. Nghiên cứu cũng sử dụng dữ liệu lưu trữ từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA.
Sử dụng những quan sát cực sâu này của Spitzer, nhóm các nhà thiên văn học đã quan sát 135 thiên hà xa xôi và thấy rằng chúng đều đặc biệt sáng trong hai bước sóng ánh sáng hồng ngoại cụ thể được tạo ra bởi bức xạ ion hóa tương tác với khí hydro và oxy trong các thiên hà. Điều này ngụ ý rằng những thiên hà này bị chi phối bởi những ngôi sao trẻ, to lớn có thành phần chủ yếu là hydro và heli. Chúng chứa một lượng rất nhỏ các nguyên tố “nặng” (như nitơ, carbon và oxy) so với các ngôi sao được tìm thấy trong các thiên hà hiện đại trung bình.
Những ngôi sao này không phải là những ngôi sao đầu tiên hình thành trong Vũ trụ (những ngôi sao này chỉ bao gồm hydro và helium) nhưng vẫn là thành viên của một thế hệ sao rất sớm. Kỷ nguyên Reionisation không phải là một sự kiện tức thời, vì vậy trong khi kết quả mới không đủ để đóng cuốn sách về sự kiện vũ trụ này, họ cung cấp các chi tiết mới về cách thức Vũ trụ phát triển vào thời điểm này và quá trình chuyển đổi diễn ra như thế nào.
Các nhà nghiên cứu đã không ngờ rằng Spitzer với chiếc gương không lớn hơn Hula-Hoop sẽ có khả năng nhìn thấy các thiên hà rất gần với bình minh của thời gian. Nhưng thiên nhiên đầy bất ngờ và sự sáng chói bất ngờ của những thiên hà ban đầu này cùng với hiệu suất tuyệt vời của Spitzer đã đặt chúng trong phạm vi của đài quan sát nhỏ nhưng mạnh mẽ của chúng ta.
Kính thiên văn vũ trụ James Webb của NASA / CSA / ESA, được thiết lập để phóng vào năm 2021, sẽ nghiên cứu Vũ trụ theo nhiều bước sóng giống nhau được quan sát bởi Spitzer. Nhưng trong đó gương chính của Spitzer chỉ có đường kính 85 cm, Webb là 6,5 mét – lớn hơn khoảng 7,5 lần – cho phép Webb nghiên cứu các thiên hà này một cách chi tiết hơn nhiều. Trên thực tế, Webb sẽ cố gắng phát hiện ánh sáng từ những ngôi sao và thiên hà đầu tiên trong Vũ trụ. Nghiên cứu mới cho thấy do độ sáng của chúng trong các bước sóng hồng ngoại đó, các thiên hà được quan sát bởi Spitzer sẽ dễ dàng cho Webb nghiên cứu hơn so với suy nghĩ trước đây.
Pascal Oesch, một giáo sư trợ lý tại Đại học Geneva và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Những kết quả này của Spitzer chắc chắn là một bước nữa để giải quyết bí ẩn của sự tái hợp vũ trụ”. “Bây giờ chúng ta biết rằng các điều kiện vật lý trong các thiên hà ban đầu này rất khác so với các thiên hà điển hình ngày nay. Đây sẽ là công việc của Kính viễn vọng Không gian James Webb để tìm ra lý do chi tiết tại sao.”
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :