Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA và Kính viễn vọng Không gian Hubble đã kết hợp với nhau để nghiên cứu cụm thiên hà MACS0416. Việc kết hợp ánh sáng khả kiến của Hubble và ánh sáng hồng ngoại của James Webb đã lần đầu tiên tạo thành một góc nhìn toàn diện nhất về vũ trụ.
Nằm cách Trái đất khoảng 4,3 tỷ năm ánh sáng, MACS0416 là một cặp hai cụm thiên hà đang va chạm nhau, mà cuối cùng sẽ kết hợp để tạo thành một cụm thiên hà lớn hơn.
Hình ảnh Cụm thiên hà MACS0416
-
- Hình ảnh toàn sắc của cụm thiên hà MACS0416 này được tạo ra bằng cách kết hợp các quan sát hồng ngoại từ Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA với dữ liệu ánh sáng khả kiến từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA. Phạm vi bước sóng thu được, từ 0,4 đến 5 micron, màu sắc trên ảnh thể hiện về khoảng cách giữa các thiên hà: Các thiên hà xanh nhất ở tương đối gần và thường cho thấy sự hình thành sao mạnh mẽ, như được phát hiện rõ nhất bởi Hubble; trong khi các thiên hà đỏ hơn có xu hướng ở xa hơn, hoặc sẽ chứa rất nhiều bụi, như Webb đã phát hiện. Trong hình ảnh này, màu xanh biểu thị dữ liệu ở bước sóng 0,435 và 0,606 micron (bộ lọc Hubble F435W và F606W); màu lục lam là 0,814, 0,9 và 1,05 micron (bộ lọc Hubble F814W, F105W và bộ lọc Webb F090W); màu xanh lá cây là 1,15, 1,25, 1,4, 1,5 và 1,6 micron (bộ lọc Hubble F125W, F140W và F160W, và bộ lọc Webb F115W và F150W); màu vàng là 2,00 và 2,77 micron (bộ lọc Webb F200W và F277W); màu cam là 3,56 micron (bộ lọc Webb F356W); và màu đỏ tượng trưng cho dữ liệu ở mức 4,1 và 4,44 micron (bộ lọc Webb F410M và F444W). Nguồn hình ảnh: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Tây Ban Nha), J. D'Silva (U. Tây Úc), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU) và H. Yan (U. Missouri).
Hình ảnh cho thấy vô số chi tiết chỉ có thể chụp được bằng cách kết hợp sức mạnh của cả hai kính viễn vọng không gian. Nó bao gồm rất nhiều thiên hà bên ngoài cụm và một số thiên hà khác thay đổi theo thời gian, có thể là do thấu kính hấp dẫn – sự biến dạng và khuếch đại ánh sáng từ các nguồn nền ở xa.
Đây là cụm đầu tiên được quan sát với góc nhìn siêu sâu, chưa từng có về vũ trụ từ một chương trình hợp tác, đầy tham vọng của Hubble có tên là Frontier Fields, được khánh thành vào năm 2014. Hubble đi tiên phong trong việc tìm kiếm một số thiên hà trẻ nhất và mờ nhất về bản chất từng được phát hiện. Kính viễn vọng hồng ngoại của Webb bổ sung đáng kể vào quan sát này bằng cách đi xa hơn nữa vào vũ trụ sơ khai với tầm nhìn hồng ngoại của nó.
Rogier Windhorst thuộc Đại học bang Arizona, nhà nghiên cứu chính của chương trình PEARLS (Các khu vực ngoài thiên hà chính - khoa học tái ion hóa và thấu kính), cho biết: “Chúng tôi đang xây dựng dựa trên di sản của Hubble”.
Ý nghĩa của Màu sắc trong việc quan sát vũ trụ
Để tạo ra hình ảnh, nói chung, bước sóng ánh sáng ngắn nhất được mã hóa bằng màu xanh lam, bước sóng dài nhất là màu đỏ và bước sóng trung gian là màu xanh lá cây. Phạm vi bước sóng rộng, từ 0,4 đến 5 micron, mang lại cảnh quan đặc biệt sống động của các thiên hà.
Những màu sắc đó cho biết về khoảng cách của các thiên hà: Các thiên hà xanh nhất ở tương đối gần và thường thể hiện sự hình thành sao mạnh mẽ, được Hubble phát hiện rõ nhất, trong khi các thiên hà đỏ hơn có xu hướng ở xa hơn và được phát hiện bởi Webb. Một số thiên hà cũng có vẻ rất đỏ vì chúng chứa lượng lớn bụi vũ trụ có xu hướng hấp thụ màu xanh hơn của ánh sáng sao.
Windhorst cho biết: “Toàn bộ bức tranh sẽ không trở nên rõ ràng cho đến khi bạn kết hợp dữ liệu Webb với dữ liệu Hubble”.
Hình ảnh được quan sát bởi Hubble và Webb ở cạnh nhau
-
- Sự so sánh song song này của cụm thiên hà MACS0416 được nhìn thấy bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble dưới ánh sáng quang học (trái) và Kính viễn vọng Không gian James Webb dưới ánh sáng hồng ngoại (phải) cho thấy các chi tiết khác nhau. Cả hai hình ảnh đều có hàng trăm thiên hà, tuy nhiên hình ảnh Webb cho thấy các thiên hà không thể nhìn thấy được hoặc hầu như không nhìn thấy được trong hình ảnh của Hubble. Điều này là do tầm nhìn hồng ngoại của Webb có thể phát hiện các thiên hà ở rất xa hoặc quá bụi để Hubble có thể nhìn thấy. (Ánh sáng từ các thiên hà xa xôi bị dịch chuyển đỏ do sự giãn nở của vũ trụ). Tổng thời gian phơi sáng của Webb là khoảng 22 giờ, so với 122 giờ thời gian phơi sáng của hình ảnh Hubble. Ảnh: NASA, ESA, CSA, STScI
Cụm Thiên Hà Cây Giáng Sinh
Việc kết hợp Kính thiên văn Webb với các Kính thiên văn khác là được thực hiện cho một mục đích khoa học cụ thể. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp ba kỷ nguyên quan sát của họ, mỗi kỷ nguyên cách nhau vài tuần, với kỷ nguyên thứ tư từ nhóm nghiên cứu CANUCS (Khảo sát cụm thiên hà Không Thiên vị NIRISS của Canada). Mục tiêu là quan sát sâu hơn các vật thể có độ sáng từng thay đổi theo thời gian, được gọi là các vật thể chuyển tiếp (transients).
Họ đã xác định được 14 vật thể (ngôi sao) chuyển tiếp như vậy trên toàn bộ vũ trụ trong tầm quan sát. 12 trong số những ngôi sao chuyển tiếp đó nằm trong ba thiên hà được phóng đại rất cao nhờ thấu kính hấp dẫn và có khả năng là các ngôi sao riêng lẻ hoặc hệ thống nhiều sao được phóng đại rất cao trong thời gian ngắn. 2 ngôi sao chuyển tiếp còn lại nằm trong các thiên hà nền có độ phóng đại vừa phải hơn và có khả năng là siêu tân tinh.
“Chúng tôi gọi MACS0416 là Cụm Thiên hà Cây Giáng sinh, vì nó có màu sắc rất sặc sỡ và cũng có những ánh sáng nhấp nháy mà chúng tôi tìm thấy bên trong nó. Chúng ta có thể nhìn thấy những ngôi sao chuyển tiếp ở khắp mọi nơi”, Haojing Yan thuộc Đại học Missouri ở Columbia, tác giả chính của một bài báo mô tả các kết quả khoa học, cho biết.
Việc tìm thấy nhiều ngôi sao chuyển tiếp như vậy với các quan sát kéo dài trong khung thời gian tương đối ngắn cho thấy các nhà thiên văn học có thể tìm thấy những ngôi sao chuyển tiếp khác trong cụm này thông qua việc theo dõi thường xuyên với Webb.
Một ngôi sao ‘quái vật khổng lồ' Kaiju
Trong số những ngôi sao chuyển tiếp mà nhóm đã xác định được, có một trường hợp đặc biệt nổi bật. Nằm trong một thiên hà tồn tại khoảng 3 tỷ năm sau vụ nổ lớn, nó được phóng đại lên ít nhất 4.000 lần. Nhóm nghiên cứu đã đặt biệt danh cho hệ thống sao này là “Mothra” nhằm ám chỉ “bản chất quái vật” của nó, vừa cực kỳ sáng vừa cực kỳ phóng đại. Nó gia nhập cùng một ngôi sao có thấu kính khác mà các nhà nghiên cứu trước đây đã xác định được và họ đặt biệt danh là “Godzilla”. (Cả Godzilla và Mothra đều là những quái vật khổng lồ được gọi là kaiju trong điện ảnh Nhật Bản.)
Điều thú vị là Mothra cũng được nhìn thấy trong các quan sát của Hubble được thực hiện chín năm trước. Điều này là bất thường, bởi vì cần có sự liên kết rất cụ thể giữa cụm thiên hà ở phía trước và ngôi sao ở hậu cảnh để phóng đại một ngôi sao lên rất nhiều lần như vậy. Các chuyển động tương hỗ của ngôi sao và cụm sao cuối cùng đã loại bỏ sự liên kết đó.
Hình ảnh Thiên hà thấu kính hấp dẫn
-
- Hình ảnh về cụm thiên hà MACS0416 này làm nổi bật một thiên hà nền có thấu kính hấp dẫn đặc biệt, tồn tại khoảng 3 tỷ năm sau vụ nổ lớn. Thiên hà đó chứa một vật thể nhất thời hoặc vật thể có độ sáng quan sát được thay đổi theo thời gian mà nhóm khoa học đặt biệt danh là “Mothra”. Mothra là một ngôi sao được phóng đại ít nhất 4.000 lần. Đội nghiên cứu tin rằng Mothra được phóng to không chỉ bởi lực hấp dẫn của cụm thiên hà MACS0416, mà còn bởi một vật thể được gọi là “thấu kính mili” có khả năng nặng bằng một cụm sao hình cầu. Ảnh: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Tây Ban Nha), J. D'Silva (U. Tây Úc), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU) và H. Yan (U. Missouri).
Lời giải thích khả dĩ nhất là có một đối tượng bổ sung trong cụm sao phía trước nó đang tăng thêm độ phóng đại. Nhóm nghiên cứu đã có thể hạn chế khối lượng của nó ở mức gấp 10.000 đến 1 triệu lần khối lượng Mặt trời của chúng ta. Tuy nhiên, bản chất chính xác của cái gọi là “thấu kính mili” này vẫn chưa được biết đến.
Jose Diego của Instituto de Física de Cantabria ở Tây Ban Nha, tác giả chính của bài báo trình bày chi tiết về phát hiện này, cho biết: “Lời giải thích hợp lý nhất là một cụm sao hình cầu quá mờ để Webb có thể nhìn thấy trực tiếp”. “Nhưng chúng tôi vẫn chưa biết bản chất thực sự của thấu kính bổ sung này.”
Bài báo của Yan và cộng sự đã được chấp nhận để xuất bản trên Tạp chí The Astrophysical Journal. Bài báo của Diego và cộng sự đã được xuất bản trên tạp chí Astronomy & Astrophysics.
Dữ liệu Webb hiển thị ở đây được lấy như một phần của chương trình PEARLS GTO 1176.
Kính viễn vọng Không gian James Webb là đài quan sát khoa học vũ trụ hàng đầu thế giới. Webb đang giải quyết những bí ẩn trong hệ mặt trời của chúng ta, nhìn xa hơn những thế giới xa xôi xung quanh các ngôi sao khác và thăm dò cấu trúc và nguồn gốc bí ẩn của vũ trụ cũng như vị trí của chúng ta trong đó. Webb là một chương trình quốc tế do NASA dẫn đầu cùng với các đối tác là ESA (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) và Cơ quan Vũ trụ Canada.
Kính viễn vọng Không gian Hubble là dự án hợp tác quốc tế giữa NASA và ESA. Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, quản lý kính viễn vọng. Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian (STScI) ở Baltimore, Maryland, tiến hành các hoạt động khoa học của Hubble và Webb. STScI được điều hànhbởi Hiệp hội các trường đại học nghiên cứu thiên văn học, ở Washington, D.C và phục vụ cho NASA.
Theo NASA
