Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã cố gắng nhìn xa nhất có thể vào vũ trụ sâu. Bằng cách quan sát vũ trụ như ngay sau Vụ nổ lớn, các nhà vật lý thiên văn và nhà vũ trụ học hy vọng sẽ học được tất cả những gì họ có thể về sự hình thành ban đầu của Vũ trụ và sự tiến hóa tiếp theo của nó. Nhờ các công cụ như Kính thiên văn vũ trụ Hubble, các nhà thiên văn học đã có thể nhìn thấy các phần của Vũ trụ mà trước đây không thể truy cập được.
Nhưng ngay cả Hubble đáng kính cũng không có khả năng nhìn thấy tất cả những gì đang diễn ra trong Vũ trụ ban đầu. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng sức mạnh tổng hợp của một số đài quan sát thiên văn mới nhất từ khắp nơi trên thế giới, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế do Viện Thiên văn học Đại học Tokyo dẫn đầu đã quan sát 39 thiên hà cổ đại chưa được khám phá trước đó, một phát hiện có thể có ý nghĩa lớn đối với thiên văn học và vũ trụ học.
Nhóm nghiên cứu bao gồm các thành viên của Viện Thiên văn học thuộc Đại học Tokyo, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS), Đại học Sư phạm An Huy ở Trung Quốc, Đại học Ludwig-Maximilians ở Munich, Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Trung Quốc và Học viện thiên văn học và vật lý thiên văn học (ASIAA) tại Đài Loan. Nghiên cứu của họ xuất hiện trong số ra ngày 7 tháng 8 Thiên nhiên.
Phát hiện ra những kẻ vô hình
Nói một cách đơn giản, các thiên hà sớm nhất có thể có trong Vũ trụ vẫn tồn tại vô hình cho đến bây giờ vì ánh sáng của chúng rất mờ và xuất hiện ở bước sóng dài mà Hubble không thể phát hiện được. Đội
Phát hiện này không chỉ chưa từng có mà còn phát hiện ra nhiều thiên hà thuộc loại này thách thức các mô hình vũ trụ hiện tại. Như Tao Wang, một nhà nghiên cứu từ AISAA và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã giải thích:
Đây là lần đầu tiên một quần thể thiên hà khổng lồ như vậy được xác nhận trong 2 tỷ năm đầu tiên của cuộc sống 13,7 tỷ năm của vũ trụ. Chúng trước đây vô hình với chúng ta. Phát hiện này trái ngược với các mô hình hiện tại cho giai đoạn tiến hóa vũ trụ đó và sẽ giúp thêm một số chi tiết, đã bị mất cho đến bây giờ.
Những thiên hà này, mặc dù chúng là lớn nhất trong sự tồn tại vào thời điểm đó, nhưng vẫn rất khó phát hiện. Phần lớn lý do liên quan đến mức độ ánh sáng của chúng bị kéo dài do sự giãn nở của Vũ trụ. Trong thiên văn học hàng ngày,
Điều này cho phép các nhà thiên văn học không chỉ cho biết một vật thể ở xa như thế nào, mà cả vật thể đó trông như thế nào trong quá khứ. Nhưng khi nhìn vào kỷ nguyên sớm nhất của Vũ trụ (hơn 13 tỷ năm trước), khoảng cách mênh mông kéo dài bước sóng của ánh sáng khả kiến đến điểm không còn trong miền ánh sáng khả kiến và trở thành hồng ngoại.
Một lý do khác khiến các thiên hà này rất khó phát hiện ra là các thiên hà lớn hơn có xu hướng bị che phủ trong bụi, đặc biệt là khi chúng vẫn còn ở giai đoạn đầu của sự hình thành. Điều này có xu hướng che khuất chúng nhiều hơn so với các đối tác thiên hà nhỏ hơn của chúng. Vì những lý do này, đã có một số nghi ngờ rằng các thiên hà này không cũ như nhóm nghiên cứu đề xuất. Như Wang chỉ ra:
Một điều khó khăn để thuyết phục các đồng nghiệp của chúng ta, những thiên hà này đã cũ như chúng ta nghi ngờ. Những nghi ngờ ban đầu của chúng tôi về sự tồn tại của chúng đến từ dữ liệu hồng ngoại của Kính viễn vọng Không gian Spitzer. Nhưng ALMA có đôi mắt sắc nét và tiết lộ chi tiết ở bước sóng dưới cỡ, bước sóng tốt nhất để nhìn xuyên qua bụi có trong vũ trụ sơ khai. Mặc dù vậy, nó đã lấy thêm dữ liệu từ Kính viễn vọng Rất lớn có tên tưởng tượng ở Chile để thực sự chứng minh rằng chúng ta đang nhìn thấy các thiên hà khổng lồ cổ đại, nơi chưa từng thấy trước đây.
Điều này có ý nghĩa gì đối với thiên văn học?
Kể từ khi phát hiện ra các thiên hà này thách thức các mô hình vũ trụ hiện tại của chúng ta, các phát hiện của nhóm cộng đồng tự nhiên có một số ý nghĩa quan trọng đối với các nhà thiên văn học. Như Kotaro Kohno, giáo sư của Viện Thiên văn học và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã giải thích:
Một thiên hà càng lớn, lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó càng lớn. Vì vậy, nghiên cứu về các thiên hà này và sự tiến hóa của chúng sẽ cho chúng ta biết nhiều hơn về sự tiến hóa của các lỗ đen siêu lớn, quá, Kohno nói thêm. Các thiên hà khổng lồ cũng có mối liên hệ mật thiết với sự phân bố vật chất tối vô hình. Điều này đóng một vai trò trong việc định hình cấu trúc và phân bố các thiên hà. Các nhà nghiên cứu lý thuyết sẽ cần cập nhật lý thuyết của họ ngay bây giờ.
Một phát hiện thú vị khác là cách mà 39 thiên hà cổ đại này khác với chúng ta. Để bắt đầu, những thiên hà này có mật độ sao cao hơn dải Ngân hà ngày nay; điều đó có nghĩa là nếu thiên hà của chúng ta giống nhau, các nhà thám hiểm sẽ nhìn thấy thứ gì đó rất khác khi họ nhìn lên bầu trời đêm.
Một điều, bầu trời đêm sẽ có vẻ hùng vĩ hơn nhiều. Mật độ sao lớn hơn đồng nghĩa với việc sẽ có nhiều ngôi sao ở gần hơn bằng cách xuất hiện lớn hơn và sáng hơn, Wang nói. Nhưng ngược lại, lượng bụi lớn đồng nghĩa với việc các ngôi sao ở xa sẽ ít nhìn thấy hơn, do đó, hậu cảnh của những ngôi sao sáng gần này có thể là một khoảng trống tối tăm rộng lớn.
Vì đây là lần đầu tiên một quần thể thiên hà thuộc loại này được phát hiện, các nhà thiên văn học đang mong chờ những gì họ có thể tìm thấy. Vì thế, ngay cả ALMA cũng không đủ tinh vi để điều tra các thành phần hóa học và quần thể sao của các thiên hà này. Tuy nhiên, các đài quan sát thế hệ tiếp theo sẽ có nghị quyết cho các nhà thiên văn tiến hành các nghiên cứu này.
Chúng bao gồm Kính viễn vọng Không gian James Webb, hiện đang được dự kiến ra mắt vào năm 2021. Các đài quan sát trên mặt đất như Kính viễn vọng cực lớn (ELT) của ESO, Kính viễn vọng Ba mươi mét (TMT) và Kính viễn vọng Giant Magellan (GMT) cũng có khả năng đóng một vai trò quan trọng
Nó là một thời gian thú vị cho các nhà thiên văn học và vũ trụ học. Cứ từ từ như vậy, họ lại lột lớp vũ trụ khác để xem bí mật nào ẩn giấu bên dưới!
