Phát hiện một thiên hà làm đảo lộn quan niệm về tiến hóa trong vũ trụ

Sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) của NASA, các nhà nghiên cứu đã khám phá thiên hà được họ gọi là JADES-GS-z14-0. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng thiên hà này có độ sáng và phức tạp về mặt hóa học rất bất ngờ đối với giai đoạn sơ khai như vậy trong lịch sử vũ trụ. Khám phá này mở ra một góc nhìn hiếm hoi vào những năm đầu hình thành vũ trụ.

Phá vỡ kỷ lục trong quá trình tìm kiếm các thiên hà xa xôi

Được công bố trên tạp chí Nature Astronomy, nghiên cứu này dựa trên một phát hiện năm 2024 xác định JADES-GS-z14-0 là thiên hà xa nhất từng được quan sát. Trong khi khám phá ban đầu chỉ xác định khoảng cách cực xa và độ sáng đáng ngạc nhiên của nó, nghiên cứu mới khám phá thành phần hóa học và trạng thái tiến hóa của nó ở mức độ sâu hơn. Nghiên cứu này là một phần của Khảo sát ngoài thiên hà chuyên sâu JWST (JADES), một chương trình quy mô được thiết kế để kiểm tra các thiên hà xa xôi.

Phó giáo sư Kevin Hainline đang nghiên cứu tại Đài quan sát Steward của Đại học Alberta là đồng tác giả của công trình này. Phó giáo sư Hainline cho biết đây không phải là việc phát hiện tình cờ ra điều gì đó bất ngờ. Cuộc khảo sát được thiết kế có chủ đích để tìm ra các thiên hà xa xôi, nhưng thiên hà này đã phá vỡ kỷ lục mà chính họ cũng không lường trước được; thiên hà này thực chất rất sáng và có thành phần hóa học phức tạp hoàn toàn không ngờ tới vào thời điểm đầu của lịch sử vũ trụ. Hainline cho biết: "Nó không chỉ là một chấm vàng nhỏ xíu. JADES-GS-z14-0 sáng và khá dài so với độ tuổi của vũ trụ khi chúng tôi quan sát nó".

Thách thức lớn đối với các mô hình truyền thống về cách hình thành thiên hà

Nhà nghiên cứu sau đại học Jakob Helton tại Đài quan sát Steward là tác giả chính của nghiên cứu. Helton cho biết: "Việc chúng tôi tìm thấy thiên hà này ở một vùng nhỏ trên bầu trời có nghĩa là sẽ có nhiều thiên hà như thế này hơn nữa ngoài vũ trụ. Nếu chúng ta nhìn toàn bộ bầu trời, điều mà chúng ta không thể làm với JWST, cuối cùng chúng ta sẽ tìm thấy nhiều vật thể kỳ lạ kiểu như thế này hơn nữa”.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng nhiều thiết bị trên JWST, gồm cả Camera cận hồng ngoại hay NIRCam, do Giáo sư thiên văn học Marcia Rieke từ Đại học Alberta chỉ đạo lắp đặt. Một thiết bị khác trên kính thiên văn là Thiết bị hồng ngoại giữa hay MIRI cũng đã tiết lộ một điều phi thường trên thiên hà JADES-GS-z14-0: lượng oxy đáng kể.

Helton cho biết trong thiên văn học, bất kỳ thứ gì nặng hơn heli đều được coi là “kim loại”. Những kim loại như vậy cần nhiều thế hệ sao để hình thành. Vũ trụ sơ khai chỉ chứa hydro, heli và một lượng nhỏ lithium. Nhưng việc phát hiện ra oxy đáng kể trong thiên hà JADES-GS-z14-0 cho thấy thiên hà này đã hình thành các ngôi sao trong khoảng 100 triệu năm trước khi được quan sát.

Giáo sư thiên văn học George Rieke là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Để tạo ra oxy, thiên hà JADES-GS-z14-0 hẳn đã bắt đầu từ rất sớm, vì nó phải tạo ra một thế hệ sao. Những ngôi sao đó hẳn đã tiến hóa và phát nổ dưới dạng siêu tân tinh để giải phóng oxy vào không gian giữa các vì sao, từ đó các ngôi sao mới sẽ hình thành và tiến hóa. Phải có một chu kỳ sao rất phức tạp để có được nhiều oxy như thiên hà này. Vì vậy, điều này thực sự khó hiểu”.

Phát hiện này cho thấy quá trình hình thành sao bắt đầu thậm chí còn sớm hơn so với suy nghĩ trước đây của các nhà khoa học. Nói cách khác, điều này đẩy lùi mốc thời gian về thời điểm các thiên hà đầu tiên có thể hình thành sau Vụ nổ lớn.

Mở ra chân trời mới trong nghiên cứu vũ trụ

Khi con người có được khả năng quan sát và hiểu trực tiếp các thiên hà tồn tại trong thời kỳ đầu của vũ trụ, điều này có thể cung cấp những hiểu biết quan trọng về cách vũ trụ tiến hóa từ các nguyên tố đơn giản thành nguyên tố phức tạp cần thiết cho sự sống như chúng ta biết.

Sự tồn tại của một thiên hà có quá trình phát triển như vậy vào giai đoạn đầu trong lịch sử vũ trụ đóng vai trò là một trường hợp kiểm nghiệm cần thiết cho các mô hình lý thuyết về sự hình thành thiên hà.

Giáo sư Rieke cho biết: "Sự tham gia của chúng tôi ở đây là các thành tựu dẫn đầu trong lĩnh vực thiên văn học hồng ngoại của Đại học Alberta kể từ giữa những năm 60, khi công nghệ mới bắt đầu. Chúng tôi đã có nhóm thiên văn học hồng ngoại lớn đầu tiên tại phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh, với Gerard Kuiper, Frank Low và Harold Johnson".

Còn phó giáo sư Hainline đánh giá: “Chúng ta đang ở trong thời kỳ đáng kinh ngạc trong lịch sử thiên văn học. Chúng ta có thể hiểu các thiên hà vượt xa bất kỳ thứ gì con người từng tìm thấy và nhìn thấy chúng theo nhiều cách khác nhau và thực sự hiểu chúng. Đó thực sự là phép màu”.