Các vũ trụ sơ khai hình thành như thế nào vẫn là một bí ẩn đối với khoa học. Nhưng thỉnh thoảng, các nhà thiên văn học lại có được cái nhìn sơ lược về vũ trụ như thế nào bằng cách nhìn ngược thời gian về những thiên hà cổ đại xa xôi. Và thiên hà SPT0311-58 vừa chứng minh các nhà khoa học chưa biết bao nhiêu về vũ trụ trẻ.
Các nhà khoa học tìm thấy nước trong thiên hà, nằm cách chúng ta gần 12,88 tỷ năm ánh sáng. Điều này đánh dấu sự phát hiện xa nhất về H2O trong một thiên hà hình thành sao và là cái nhìn toàn diện nhất về khí phân tử có từ sớm trong dòng thời gian của vũ trụ.
-
- Các phân tử trong thiên hà này được phóng đại bởi thiên hà kia, nhờ đó mà chúng ta có thể quan sát chúng dễ dàng hơn. (Ảnh: Đại học Illinois)
Các nhà nghiên cứu đã trình bày chi tiết những phát hiện của họ trong một nghiên cứu được công bố hôm thứ Tư trên Tạp chí Vật lý Thiên văn.
Sreevani Jarugula, nhà thiên văn học tại Đại học Illinois và là tác giả chính của nghiên cứu mới nói rằng lần đầu tiên phát hiện ra thiên hà SPT0311-58 vào năm 2017 và bị ảnh hưởng bởi lượng bụi và khí trong thiên hà.
“Chúng tôi muốn biết thành phần phân tử của thiên hà là gì,” Jarugula nói với Inverse. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra cả phân tử nước và carbon monoxide.
SPT0311-58 thực sự được tạo thành từ một cặp thiên hà dường như đang hợp nhất.
Jarugula nói: “Vì vậy, nó thực sự là một cấu trúc rất dài, rất đông kết. Có rất nhiều thứ tập hợp trong thiên hà đó, nó không giống như một dải ngân hà mịn màng”.
Thiên hà sáng hơn nằm ở bên phải của hình ảnh, có hình dạng giống như một vòng cung. Nó xuất hiện rất rõ ràng bất chấp khoảng cách của nó vì nó được thấu kính hấp dẫn bởi một thiên hà khổng lồ gần đó.
Thấu kính hấp dẫn là một hiệu ứng vũ trụ hoạt động giống như một thấu kính phóng đại khổng lồ. Khi một vật thể lớn như một ngôi sao hoặc thiên hà đi qua phía trước một vật thể trong nền theo quan điểm của người quan sát, nó sẽ làm biến dạng và khuếch đại ánh sáng đến từ một nguồn ở xa, làm cho nó có vẻ sáng hơn.
Các phân tử trong thiên hà này được phóng đại bởi thiên hà kia, nhờ đó mà chúng ta có thể quan sát chúng dễ dàng hơn.
Các nhà khoa học có thể phát hiện ra H2O khi bụi hấp thụ bức xạ cực tím từ các ngôi sao trong thiên hà và phát lại nó dưới dạng các photon hồng ngoại xa, kích thích các phân tử nước. Điều này tạo ra khí thải nước mà các nhà khoa học có thể quan sát được.
Các phân tử nước có màu xanh lam, trong khi carbon monoxide có màu tím.
Nước là phân tử phong phú thứ ba trong vũ trụ sau phân tử hydro và carbon monoxide, nhưng các nhà khoa học đã rất ngạc nhiên khi thấy các phân tử nước xuất hiện sớm như vậy trong vũ trụ.
Cặp thiên hà nằm trong kỷ nguyên được gọi là Kỷ nguyên tái ion hóa.
Kỷ nguyên tái ion hóa đánh dấu sự kết thúc của thời đại đen tối của vũ trụ và đề cập đến thời kỳ trong dòng thời gian của vũ trụ khi hydro trung tính được tái ion hóa. Trước đó, hydro trung tính khiến không gian giữa các vì sao trở nên mờ đục, cản trở ánh sáng chiếu ra xa. Điều này đánh dấu sự xuất hiện của các thiên hà lớn đầu tiên.
Thời kỳ này diễn ra khi vũ trụ xấp xỉ 780 triệu năm tuổi, chỉ bằng 5% so với tuổi hiện tại (các nhà khoa học ước tính vũ trụ vào khoảng 13,8 tỷ năm tuổi ).
Nếu những thiên hà đầu tiên chỉ mới bắt đầu xuất hiện, thì khám phá mới nhất khiến các nhà khoa học phải tự hỏi làm thế nào mà những phân tử này lại có thể hình thành nhanh chóng như vậy.
-
- Các nhà khoa học có thể phát hiện ra H2O khi bụi hấp thụ bức xạ cực tím từ các ngôi sao trong thiên hà. (Ảnh: Đại học Illinois)
Jarugula nói: "Làm thế nào mà nhiều bụi và khí lại tích tụ sớm như vậy trong vũ trụ?. Bụi chủ yếu sinh ra từ các ngôi sao, chúng đang chuyển động và tạo ra lớp bụi bên ngoài của chúng vào thiên hà".
“Vì vậy, chúng ta cần một lượng sao tốt để tạo ra bụi này,” cô nói thêm.
Các nhà khoa học không chắc chắn bụi có thể đến từ đâu, hoặc bụi hình thành từ những ngôi sao ban đầu.
Theo Jarugula, những thiên hà cổ đại này đã hình thành các ngôi sao với tốc độ gấp hàng nghìn lần Ngân hà. Do đó, việc nghiên cứu các thiên hà xa xôi sẽ giúp cho cho các nhà khoa học biết có bao nhiêu ngôi sao đang được tạo ra và tốc độ khí trong các thiên hà sơ khai được chuyển thành sao.
Bằng cách quan sát các thiên hà này, các nhà khoa học có thể quay trở lại mô hình vũ trụ sơ khai và hạn chế các đặc tính của nó.
Ngọc Mai
