Một ý tưởng mới tươi sáng cho thấy các thiên hà thắp sáng vũ trụ sớm

Các thiên hà trong vũ trụ sơ khai sáng hơn nhiều so với dự đoán của các nhà thiên văn, những phát hiện mới từ Kính viễn vọng Không gian Spitzer tiết lộ. Các thiên hà cổ đại được nhìn thấy phát sáng dưới ánh sáng hồng ngoại rời khỏi nguồn của chúng trong thời kỳ sớm nhất của các thiên hà và các ngôi sao. Các nhà thiên văn học tin rằng phát hiện này có thể giúp trả lời một bí ẩn hấp dẫn từ kỷ nguyên sớm nhất của vũ trụ của chúng ta.

Theo sau Vụ nổ lớn, vũ trụ tràn đầy năng lượng, nhưng vật chất vẫn chưa ra đời. Vấn đề đầu tiên ra đời là ở dạng hydro và heli bị ion hóa, và ánh sáng bắt đầu lấp đầy vũ trụ. Tuy nhiên, khoảng 300.000 năm sau Vụ nổ lớn, khí bị ion hóa này trở nên trung hòa về điện và Vũ trụ bước vào kỷ nguyên vũ trụ học được gọi là Thời đại bóng tối.

Một quan niệm của một nghệ sĩ về một thiên hà ban đầu có thể trông như thế nào. Sự hình thành sao hoạt động, kết hợp với các ngôi sao chết thường xuyên sẽ chiếu sáng khí giữa các ngôi sao, khiến thiên hà trở nên mờ đục và khiến các cơ thể này có cấu trúc nhỏ. Tín dụng hình ảnh: James Josephides (Sản xuất thiên văn học Swinburne)

Ở thời điểm bắt đầu…

Kỷ nguyên tái sinh bắt đầu 500 triệu năm sau Vụ nổ lớn, vào thời điểm các quasar bắt đầu hình thành và các thiên hà bắt đầu phát triển. Dần dần, trong hơn 500 triệu năm nữa, sự tái sinh này đã thắp sáng Vũ trụ, biến Vũ trụ từ một vùng đất tối tăm thành nơi rực rỡ mà chúng ta biết ngày nay. Làm thế nào reionization xảy ra, tuy nhiên, vẫn còn là một bí ẩn.

Đây là một trong những câu hỏi mở lớn nhất trong vũ trụ học quan sát. Chúng tôi biết nó đã xảy ra, nhưng những gì gây ra nó? Những phát hiện mới này có thể là một manh mối lớn, ông cho biết Stephane De Barros thuộc Đại học Geneva ở Thụy Sĩ.

Một hình ảnh tổng hợp của một trường thiên hà, được chụp bởi kính viễn vọng không gian Hubble và Spitzer. Các thiên hà lâu đời nhất, mờ nhất được khoanh tròn. Hình ảnh được chèn ở phía dưới bên phải cho thấy hình ảnh phơi sáng dài, dài của một trong những gia đình sao cổ này. Tín dụng hình ảnh: NASA / JPL-Caltech / ESA / Spitzer / P. Oesch / S. De Barros / I.Labbe

Kính thiên văn vũ trụ Spitzer được sử dụng để nhìn lại các thiên hà sớm nhất trong vũ trụ, cách Trái đất 13 tỷ năm ánh sáng. Kiểm tra 135 thiên hà tìm thấy những thiên thể cổ đại này, được sinh ra bởi những ngôi sao trẻ, to lớn, có năng lượng đáng kinh ngạc ở hai tần số của tia hồng ngoại. Những bước sóng này phù hợp với ánh sáng được tạo ra bằng bức xạ ion hóa tương tác với hydro và oxy trong các thiên hà.

Chúng tôi 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 những điều bất ngờ, Michael Werner, nhà khoa học dự án Spitzer tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA cho biết.

Một đại diện đồ họa của lịch sử của vũ trụ. Tín dụng hình ảnh: SG Djorgovski và cộng sự / Trung tâm truyền thông kỹ thuật số, Caltech

Để làm sáng tỏ câu chuyện

Sau khi hình thành vật chất, bức xạ điện từ (em) duy nhất có thể thấm vào Vũ trụ là sóng vô tuyến và ánh sáng khả kiến, trong khi bức xạ em có bước sóng ngắn hơn - ví dụ như tia cực tím - đã bị các nguyên tử hydro bắt giữ. Trong quá trình đó, các nguyên tử này đã bị tước electron, tạo ra các ion.

Bằng chứng về kỷ nguyên tái sinh này được nhìn thấy khi các nhà thiên văn học nhìn lại những ngày đầu tiên của vũ trụ, trong khi nguồn năng lượng khổng lồ cần thiết để cung cấp năng lượng cho sự thay đổi này trên toàn vũ trụ vẫn chưa được biết. Các ngôi sao hoặc thiên hà có thể chịu trách nhiệm, nhưng sản lượng năng lượng của các cơ thể này sẽ đòi hỏi các cơ thể này phải mạnh hơn nhiều so với hiện nay. Một giả thuyết cho rằng các quasar - các thiên hà có các lỗ đen siêu lớn cực kỳ mạnh mẽ - có thể đã tạo ra năng lượng cần thiết để ion hóa vật chất của Vũ trụ.

Câu chuyện cho đến nay: Vào đầu vũ trụ đã được tạo ra. Điều này đã khiến rất nhiều người rất tức giận và bị coi là một hành động xấu.
- Douglas Adams, nhà hàng ở cuối vũ trụ

Bây giờ tôi có thể nhìn rõ rồi

Những kết quả này của Spitzer chắc chắn là một bước nữa trong việc giải quyết bí ẩn của sự tái sinh 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. Pascal Oesch thuộc Đại học Geneva cho biết, đây sẽ là công việc của Kính thiên văn vũ trụ James Webb để tìm ra lý do chi tiết tại sao.

Kính thiên văn vũ trụ James Webb, có thể trả lời nhiều câu hỏi còn sót lại của kỷ nguyên vật chất sớm nhất trong Vũ trụ, dự kiến ​​ra mắt vào năm 2021.