Tín dụng hình ảnh: PPARC
Cho đến tận bây giờ, các nhà thiên văn học thiên đường đã có thể tìm thấy rất nhiều dữ liệu về những gì đã xảy ra ở giai đoạn đầu trong quá trình tiến hóa của Vũ trụ, khi mà nó nghĩ rằng các ngôi sao được hình thành. Nhưng nghiên cứu mới, được thực hiện bởi các nhà thiên văn học sử dụng đài thiên văn Gemini ở Chile, đã tiết lộ một số thiên hà cách đây 8 đến 11 tỷ năm được hình thành đầy đủ hơn dự kiến. Họ nghĩ rằng họ sẽ thấy các protogalaxies đâm vào nhau, nhưng thay vào đó họ tìm thấy các thiên hà rất trưởng thành. Có thể các lỗ đen phổ biến hơn nhiều trong Vũ trụ sơ khai và đóng vai trò là mỏ neo để hình thành các thiên hà một cách nhanh chóng.
Cho đến bây giờ, các nhà thiên văn học đã gần như mù khi nhìn ngược thời gian để khảo sát một kỷ nguyên khi hầu hết các ngôi sao trong Vũ trụ dự kiến sẽ hình thành. Điểm mù vũ trụ quan trọng này đã được một nhóm nghiên cứu, bao gồm một nhà khoa học người Anh, sử dụng Kính thiên văn Bắc Frederick C. Gillett Gemini, cho thấy nhiều thiên hà trong Vũ trụ trẻ không hoạt động như mong đợi khoảng 8-11 tỷ năm trước.
Điều bất ngờ: những thiên hà này dường như được hình thành đầy đủ và trưởng thành hơn mong đợi ở giai đoạn đầu trong quá trình tiến hóa của Vũ trụ. Phát hiện này tương tự như một giáo viên bước vào một lớp học với mong muốn chào đón một căn phòng đầy những thanh thiếu niên ngang bướng và tìm thấy những thanh niên được chăm sóc chu đáo.
Thuyết Lý thuyết cho chúng ta biết rằng kỷ nguyên này sẽ bị chi phối bởi các thiên hà nhỏ đâm vào nhau, Tiến sĩ Roberto Abraham (Đại học Toronto), một Điều tra viên chính của nhóm thực hiện các quan sát tại Gemini cho biết. Chúng ta đang thấy rằng một phần lớn các ngôi sao trong Vũ trụ đã sẵn sàng khi Vũ trụ còn khá trẻ, điều đó không nên xảy ra. Cái nhìn thoáng qua về thời gian này cho thấy khá rõ rằng chúng ta cần suy nghĩ lại những gì đã xảy ra trong thời kỳ đầu tiên của sự tiến hóa thiên hà. Các nhà lý luận chắc chắn sẽ có một cái gì đó để gặm nhấm!
Kết quả được công bố hôm nay tại cuộc họp lần thứ 203 của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ tại Atlanta, Georgia. Dữ liệu sẽ sớm được công bố cho toàn bộ cộng đồng thiên văn để phân tích sâu hơn và bốn bài báo sắp hoàn thành để xuất bản trên Tạp chí Vật lý thiên văn và Tạp chí Thiên văn.
Tiến sĩ Isobel Hook, lãnh đạo Nhóm Hỗ trợ Gemini của Vương quốc Anh, có trụ sở tại Đại học Oxford, là thành viên của nhóm Khảo sát sâu Gemini (GDDS) đa quốc gia, người thực hiện cuộc điều tra. Cô giải thích cách thức hoạt động của kỹ thuật này, Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật đặc biệt để thu được ánh sáng thiên hà mờ nhất từng được mổ xẻ thành cầu vồng màu sắc gọi là quang phổ. Trong tất cả, quang phổ từ hơn 300 thiên hà đã được thu thập, hầu hết trong số đó được gọi là sa mạc Red Redift, một thời kỳ tương đối chưa được khám phá của vũ trụ nhìn thấy từ thời kỳ vũ trụ chỉ còn 3-6 tỷ năm cũ.
Cô nói thêm, những quang phổ này đại diện cho mẫu hoàn chỉnh nhất từng có được của các thiên hà trong sa mạc Redshift. Bằng cách thu được một lượng lớn dữ liệu từ bốn trường được phân tách rộng rãi, cuộc khảo sát này cung cấp cơ sở thống kê để đưa ra kết luận bị nghi ngờ bởi các quan sát trong quá khứ của Kính viễn vọng Không gian Hubble, Đài thiên văn Keck, Kính viễn vọng Subaru và Kính viễn vọng Rất lớn trong thập kỷ qua.
Nghiên cứu các thiên hà mờ nhạt ở thời đại này khi Vũ trụ chỉ còn 20 - 40% tuổi hiện tại là một thách thức khó khăn đối với các nhà thiên văn học, ngay cả khi sử dụng khả năng thu thập ánh sáng của kính viễn vọng rất lớn như Gemini North với gương 8 mét. Tất cả các khảo sát thiên hà trước đây trong vương quốc này đều tập trung vào các thiên hà nơi xảy ra sự hình thành sao cực mạnh, điều này giúp thu được quang phổ dễ dàng hơn nhưng tạo ra một mẫu thiên vị. Các GDDS đã có thể chọn một mẫu đại diện hơn bao gồm cả các thiên hà chứa các thiên hà sao bất thường nhất, mờ hơn và lớn hơn yêu cầu các kỹ thuật đặc biệt để dỗ quang phổ từ ánh sáng mờ của chúng.
Dữ liệu Gemini là cuộc khảo sát toàn diện nhất từng được thực hiện trên phần lớn các thiên hà đại diện cho các điều kiện trong Vũ trụ sơ khai. Đây là những thiên hà khổng lồ thực sự khó nghiên cứu hơn vì thiếu ánh sáng năng lượng từ sự hình thành sao. Những thiên hà phát triển cao này, có tuổi trẻ hình thành sao trên thực tế đã mất từ lâu, chỉ cần có ở đó, nhưng, ông nói, điều tra viên đồng điều tra, Tiến sĩ Karl Glazebrook (Đại học Johns Hopkins) cho biết.
Các nhà thiên văn học cố gắng hiểu vấn đề này có thể phải đặt mọi thứ lên bàn. Không rõ liệu chúng ta có cần phải điều chỉnh các mô hình hiện có hoặc phát triển một mô hình mới để hiểu được phát hiện này hay không, ông Patrick McCarthy (Đài quan sát của Viện Carnegie) cho biết. Một điều khá rõ ràng từ quang phổ của Song Tử rằng đây thực sự là những thiên hà rất trưởng thành và chúng ta không thấy tác động của bụi che khuất. Rõ ràng có một số khía cạnh chính về cuộc sống ban đầu của các thiên hà mà chúng ta chỉ không hiểu. Thậm chí có khả năng các lỗ đen có thể phổ biến hơn nhiều so với chúng ta nghĩ trong Vũ trụ sơ khai và đóng vai trò lớn hơn trong việc gieo mầm cho sự hình thành thiên hà sớm.
Những gì được cho là lý thuyết tiến hóa thiên hà thống trị cho rằng dân số các thiên hà ở giai đoạn đầu này đáng lẽ phải bị chi phối bởi các khối xây dựng tiến hóa. Aptly được gọi là Mô hình phân cấp, nó dự đoán rằng các thiên hà bình thường đến lớn, giống như các thiên hà được nghiên cứu trong công trình này, sẽ không tồn tại và thay vào đó sẽ hình thành từ các tổ ong địa phương hoạt động nơi các thiên hà lớn phát triển. GDDS tiết lộ rằng điều này có thể không phải là trường hợp.
Quang phổ từ cuộc khảo sát này cũng được sử dụng để xác định sự ô nhiễm của khí liên sao bởi các nguyên tố nặng (được gọi là kim loại kim loại) do các ngôi sao tạo ra. Đây là một chỉ số chính của lịch sử tiến hóa sao trong các thiên hà. Sandra Savaglio (Đại học Johns Hopkins), người đã nghiên cứu khía cạnh này của nghiên cứu cho biết, diễn giải Vũ trụ của chúng ta bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi cách chúng ta quan sát nó. Do các GDDS quan sát các thiên hà rất yếu, chúng ta có thể phát hiện ra khí liên sao ngay cả khi bị che khuất một phần bởi sự hiện diện của bụi. Nghiên cứu thành phần hóa học của khí liên sao, chúng tôi đã phát hiện ra rằng các thiên hà trong khảo sát của chúng tôi giàu kim loại hơn dự kiến.
Nhà thiên văn học Caltech, Tiến sĩ Richard Ellis nhận xét, Cuộc khảo sát sâu Gemini đại diện cho một thành tựu rất quan trọng, cả về mặt kỹ thuật và khoa học. Cuộc khảo sát đã cung cấp một cuộc điều tra dân số mới và có giá trị về các thiên hà trong một giai đoạn quan trọng trong lịch sử vũ trụ, một điều rất khó nghiên cứu cho đến nay, đặc biệt đối với thành phần không hoạt động của dân số thiên hà.
Việc quan sát trên sa mạc Redshift đã khiến các nhà thiên văn học hiện đại thất vọng trong thập kỷ qua. Mặc dù các nhà thiên văn học đã biết rằng có rất nhiều thiên hà phải tồn tại trên sa mạc Redshift, nhưng đó chỉ là một sa mạc của người Hồi giáo vì chúng ta không thể có được quang phổ tốt từ nhiều người trong số họ. Vấn đề nằm ở chỗ các đặc điểm quang phổ quan trọng được sử dụng để nghiên cứu các thiên hà này đã được chuyển sang màu đỏ để mở rộng vũ trụ, một phần của quang phổ tương ứng với ánh sáng mờ nhạt, tự nhiên, che khuất trong bầu không khí ban đêm của Trái đất.
Để khắc phục vấn đề này, một kỹ thuật tinh vi có tên là Nod và Shuffle 'đã được sử dụng trên kính viễn vọng Gemini. Kỹ thuật Nod và Shuffle cho phép chúng ta lướt qua ánh sáng tự nhiên mờ nhạt của bầu trời đêm để lộ ra quang phổ vạn năng của các thiên hà bên dưới nó. Những thiên hà này mờ hơn 300 lần so với bầu trời này, anh giải thích Tiến sĩ Kathy Roth, một nhà thiên văn học tại Gemini, cũng là một phần của nhóm và thu được nhiều dữ liệu. Đây đã được chứng minh là một cách cực kỳ hiệu quả để giảm triệt để mức độ nhiễu Tiếng ồn hay mức độ ô nhiễm được tìm thấy trong tín hiệu từ máy dò ánh sáng điện tử.
Mỗi lần quan sát kéo dài tương đương khoảng 30 giờ và tạo ra gần 100 quang phổ cùng một lúc. Toàn bộ dự án cần hơn 120 tổng thời gian của kính thiên văn. Đây là rất nhiều thời gian quý giá trên bầu trời, nhưng khi bạn nghĩ rằng nó đã cho phép chúng ta giúp lấp đầy khoảng trống 20% quan trọng trong sự hiểu biết về Vũ trụ, thì đó là thời gian tốt, ông nói thêm Tiến sĩ Glazebrook, người đã phát triển việc sử dụng Nod và Shuffle với Joss Hawthorn để quan sát thiên hà mờ nhạt trong khi ở Đài thiên văn Anh-Úc vài năm trước.
Các nghiên cứu trước đây ở sa mạc Redshift đã tập trung vào các thiên hà không nhất thiết phải đại diện cho các hệ thống chính thống. Trong nghiên cứu này, các thiên hà đã được lựa chọn cẩn thận dựa trên dữ liệu từ Khảo sát hồng ngoại Las Campanas để đảm bảo rằng các thiên hà phát ra tia cực tím mạnh không bị quá tải. Nghiên cứu này là duy nhất ở chỗ chúng ta có thể nghiên cứu đầu đỏ của quang phổ, và điều này cho chúng ta biết về thời đại của những ngôi sao cũ, tiến sĩ Abraham nói. Sau đó, chúng tôi đã thực hiện các lần phơi sáng cực kỳ dài với Geminiabout gấp mười lần so với các lần phơi sáng thông thường. Điều này cho phép chúng ta nhìn vào các thiên hà mờ hơn nhiều so với thông thường và chúng ta hãy tập trung vào phần lớn các ngôi sao, thay vì chỉ những ngôi sao trẻ hào nhoáng. Điều này giúp chúng ta dễ dàng hơn rất nhiều trong việc tìm ra cách các thiên hà đang phát triển. Chúng ta không còn đoán được điều đó bằng cách nghiên cứu các vật thể trẻ và cho rằng các vật thể cũ không đóng góp nhiều cho câu chuyện về sự tiến hóa của thiên hà. Hóa ra có rất nhiều thiên hà cũ ngoài kia, nhưng chúng rất khó tìm thấy.
Nguồn gốc: Bản tin PPARC
