Một nhóm các thiên hà mới được phát hiện bằng kỹ thuật phá vỡ Lyman. Tín dụng hình ảnh: Thiên văn học & Vật lý thiên văn. Nhấn vào đây để phóng to
Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã thực hiện một trong những khảo sát chi tiết nhất về các thiên hà xa xôi nhất. Những thiên hà này ở rất xa, chúng ta thấy chúng khi chúng nhìn khi Vũ trụ chưa bằng một nửa tuổi hiện tại. Một trong những bất ngờ lớn của khảo sát này; tuy nhiên, có bao nhiêu thiên hà trẻ này phù hợp với các cấu trúc mà chúng ta thấy trong Vũ trụ hiện tại. Điều này có nghĩa là các thiên hà có thể phát triển thông qua các vụ va chạm và sáp nhập sớm hơn nhiều so với trước đây.
Một nhóm các nhà thiên văn học đến từ Pháp, Hoa Kỳ, Nhật Bản và Hàn Quốc, do Denis Burgarella dẫn đầu, gần đây đã phát hiện ra các thiên hà mới trong Vũ trụ sơ khai. Chúng đã được phát hiện lần đầu tiên ở cả tia cực tím và bước sóng hồng ngoại xa. Phát hiện của họ sẽ được báo cáo trong một số sắp tới của Thiên văn học & Vật lý thiên văn. Khám phá này là một bước tiến mới trong việc tìm hiểu các thiên hà phát triển như thế nào.
Nhà thiên văn học Denis Burgarella (Observatoire Astronomique Marseille Provence, Labouratoire d'strophysique de Marseille, Pháp) và các đồng nghiệp của ông từ Pháp, Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc, lần đầu tiên đã công bố phát hiện ra các thiên hà mới trong Vũ trụ sơ khai trong các tia cực tím gần và trong các bước sóng hồng ngoại xa. Phát hiện này dẫn đến cuộc điều tra kỹ lưỡng đầu tiên về các thiên hà sớm. Khám phá này sẽ được báo cáo trong số phát hành sắp tới của Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
Kiến thức về các thiên hà sớm đã có những tiến bộ lớn trong mười năm qua. Từ cuối năm 1995, các nhà thiên văn học đã sử dụng một kỹ thuật mới, được gọi là kỹ thuật phá vỡ Lyman phá vỡ. Kỹ thuật này cho phép các thiên hà rất xa được phát hiện. Chúng được nhìn thấy như khi chúng còn nhỏ hơn Vũ trụ, do đó cung cấp manh mối về cách các thiên hà hình thành và phát triển. Kỹ thuật phá vỡ Lyman đã chuyển biên giới của các cuộc khảo sát thiên hà xa xôi lên tới dịch chuyển đỏ z = 6-7 (tức là khoảng 5% trong thời đại hiện tại của Vũ trụ). Trong thiên văn học, dịch chuyển đỏ biểu thị sự dịch chuyển của sóng ánh sáng từ một thiên hà đang di chuyển ra khỏi Trái đất. Sóng ánh sáng bị dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn, nghĩa là về phía đầu đỏ của quang phổ. Độ dịch chuyển của một thiên hà càng cao thì nó càng ở xa chúng ta.
Kỹ thuật phá vỡ Lyman dựa trên sự biến mất đặc trưng của các thiên hà xa xôi của các thiên hà xa xôi được quan sát thấy trong các bước sóng tia cực tím xa. Khi ánh sáng từ một thiên hà xa xôi được hấp thụ gần như hoàn toàn bởi hydro ở 0,912nm (do các vạch hấp thụ hydro, được phát hiện bởi nhà vật lý Theodore Lyman), thiên hà đã biến mất trong bộ lọc tia cực tím. Hình 2 minh họa sự biến mất? của thiên hà trong bộ lọc tia cực tím xa. Sự gián đoạn Lyman về lý thuyết nên xảy ra ở 0,912nm. Photon ở bước sóng ngắn hơn được hấp thụ bởi hydro xung quanh các ngôi sao hoặc trong các thiên hà quan sát được. Đối với các thiên hà dịch chuyển đỏ cao, sự gián đoạn Lyman được dịch chuyển đỏ để nó xảy ra ở bước sóng dài hơn và có thể quan sát được từ Trái đất. Từ các quan sát trên mặt đất, các nhà thiên văn học hiện có thể phát hiện các thiên hà với phạm vi dịch chuyển đỏ từ z ~ 3 đến z ~ 6. Tuy nhiên, một khi được phát hiện, vẫn rất khó để có được thông tin bổ sung về các thiên hà này vì chúng rất mờ nhạt.
Lần đầu tiên, Denis Burgarella và nhóm của ông đã có thể phát hiện các thiên hà ít xa hơn thông qua kỹ thuật phá vỡ Lyman. Nhóm đã thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn gốc khác nhau: dữ liệu UV từ vệ tinh GALEX của NASA, dữ liệu hồng ngoại từ vệ tinh SPITZER và dữ liệu trong phạm vi có thể nhìn thấy trong kính viễn vọng ESO. Từ những dữ liệu này, họ đã chọn khoảng 300 thiên hà cho thấy sự biến mất của tia cực tím. Những thiên hà này có độ dịch chuyển đỏ từ 0,9 đến 1,3, nghĩa là chúng được quan sát tại thời điểm Vũ trụ chỉ còn chưa đến một nửa tuổi hiện tại. Đây là lần đầu tiên một mẫu lớn của Lyman Break Galaxies được phát hiện tại z ~ 1. Vì các thiên hà này ở rất xa so với các mẫu được quan sát cho đến nay, chúng cũng sáng hơn và dễ nghiên cứu hơn ở mọi bước sóng do đó cho phép phân tích sâu từ UV đến hồng ngoại.
Các quan sát trước đây về các thiên hà xa xôi đã dẫn đến việc phát hiện ra hai loại thiên hà, một trong số đó bao gồm các thiên hà phát ra ánh sáng trong phạm vi bước sóng gần UV và có thể nhìn thấy. Một loại thiên hà khác phát ra ánh sáng trong phạm vi hồng ngoại và hồng ngoại. Các thiên hà UV không được quan sát trong phạm vi hồng ngoại, trong khi các thiên hà IR không được quan sát thấy trong UV. Do đó, rất khó để giải thích làm thế nào các thiên hà như vậy có thể phát triển thành các thiên hà ngày nay phát ra ánh sáng ở tất cả các bước sóng. Với công việc của họ, Denis Burgarella và các đồng nghiệp đã tiến một bước để giải quyết vấn đề này. Khi quan sát mẫu z-1 thiên hà mới của họ, họ phát hiện ra rằng khoảng 40% các thiên hà này cũng phát ra ánh sáng trong phạm vi hồng ngoại. Đây là lần đầu tiên một số lượng đáng kể các thiên hà xa xôi được quan sát cả trong phạm vi bước sóng UV và IR, kết hợp các thuộc tính của cả hai loại chính.
Từ những quan sát của họ về mẫu này, nhóm nghiên cứu cũng đã suy ra nhiều thông tin khác nhau về các thiên hà này. Kết hợp các phép đo UV và hồng ngoại lần đầu tiên có thể xác định tốc độ hình thành của các ngôi sao trong các thiên hà xa xôi này. Các ngôi sao hình thành ở đó rất tích cực, với tốc độ vài trăm đến một nghìn sao mỗi năm (chỉ một vài ngôi sao hiện đang hình thành trong Thiên hà của chúng ta mỗi năm). Nhóm nghiên cứu cũng nghiên cứu hình thái của chúng và cho thấy hầu hết chúng là các thiên hà xoắn ốc. Cho đến nay, các thiên hà xa xôi được cho là chủ yếu là các thiên hà tương tác, với hình dạng không đều và phức tạp. Giờ đây, Denis Burgarella và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng các thiên hà trong mẫu của họ, được nhìn thấy khi Vũ trụ có khoảng 40% tuổi hiện tại, có hình dạng đều đặn, tương tự như các thiên hà ngày nay như chúng ta. Chúng mang đến một yếu tố mới cho sự hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của các thiên hà.
Nguồn gốc: Bản tin thiên văn & vật lý thiên văn
