Tín dụng hình ảnh: ESO
Mặc dù Vũ trụ hiện tại có màu be, nhưng nó thường có màu xanh hơn, theo các nhà thiên văn học với Đài thiên văn Nam châu Âu. Các nhà thiên văn học đã tìm ra khoảng cách và màu sắc tới 300 thiên hà có trong khảo sát của Hubble Deep Sky, trong đó có một cái nhìn sâu sắc về một vùng bầu trời trong chòm sao phía nam của đảo Tuscanae.
Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế [1] đã xác định màu sắc của Vũ trụ khi còn rất trẻ. Trong khi Vũ trụ bây giờ có màu be, nó đã xanh hơn nhiều trong quá khứ xa xôi, vào thời điểm nó chỉ mới 2.500 triệu năm.
Đây là kết quả của một phân tích sâu rộng và kỹ lưỡng về hơn 300 thiên hà được nhìn thấy trong một khu vực bầu trời nhỏ phía nam, cái gọi là Hubble Deep Field South. Mục tiêu chính của nghiên cứu tiên tiến này là tìm hiểu cách thức nội dung xuất sắc của Vũ trụ được tập hợp và thay đổi theo thời gian.
Nhà thiên văn học người Hà Lan Marijn Franx, thành viên nhóm từ Đài thiên văn Leiden (Hà Lan), giải thích: Từ Màu xanh của vũ trụ sơ khai là do ánh sáng xanh chủ yếu từ các ngôi sao trẻ trong các thiên hà. Màu đỏ hơn của Tạp chí Vũ trụ được gây ra bởi số lượng sao lớn hơn, màu đỏ hơn.
Trưởng nhóm, Gregory Rudnick từ Viện Vật lý thiên văn Max-Planck (Garched, Đức) cho biết thêm: Từ khi tổng lượng ánh sáng trong Vũ trụ trong quá khứ gần bằng với ngày nay và một ngôi sao xanh trẻ phát ra nhiều hơn nhẹ hơn một ngôi sao đỏ cũ, chắc hẳn có ít ngôi sao trong vũ trụ trẻ hơn đáng kể so với bây giờ. Phát hiện mới của chúng tôi ngụ ý rằng phần lớn các ngôi sao trong Vũ trụ được hình thành tương đối muộn, không lâu trước khi Mặt trời của chúng ta được sinh ra, tại thời điểm Vũ trụ khoảng 7.000 triệu năm tuổi.
Những kết quả mới này dựa trên dữ liệu duy nhất được thu thập trong hơn 100 giờ quan sát với thiết bị đa chế độ ISAAC tại Kính viễn vọng rất lớn (VLT) của ESO, như một phần của dự án nghiên cứu lớn, Khảo sát mở rộng Fra InfraRed (FIRES). Khoảng cách đến các thiên hà được ước tính từ độ sáng của chúng trong các dải bước sóng gần hồng ngoại quang học khác nhau.
Quan sát vũ trụ sơ khai
Ngày nay người ta đã biết rằng Mặt trời được hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm. Nhưng khi nào thì hầu hết các ngôi sao khác trong Galaxy của chúng ta hình thành? Còn những ngôi sao trong các thiên hà khác thì sao? Đây là một số câu hỏi quan trọng trong thiên văn học ngày nay, nhưng chúng chỉ có thể được trả lời bằng các phương tiện quan sát với các kính viễn vọng lớn nhất thế giới.
Một cách để giải quyết những vấn đề này là quan sát trực tiếp Vũ trụ rất trẻ - bằng cách nhìn lại thời gian. Đối với điều này, các nhà thiên văn học tận dụng thực tế là ánh sáng phát ra từ các thiên hà rất xa truyền đi một thời gian dài trước khi đến với chúng ta. Do đó, khi các nhà thiên văn học nhìn vào các vật thể từ xa như vậy, họ thấy chúng khi chúng xuất hiện từ lâu.
Tuy nhiên, những thiên hà xa xôi đó cực kỳ mờ nhạt, và do đó những quan sát này rất khó khăn về mặt kỹ thuật. Một điều phức tạp khác là, do sự giãn nở của Vũ trụ, ánh sáng từ các thiên hà đó bị dịch chuyển sang bước sóng dài hơn [2], ra khỏi phạm vi bước sóng quang và vào vùng hồng ngoại.
Để nghiên cứu những thiên hà ban đầu này một cách chi tiết, do đó, các nhà thiên văn phải sử dụng các kính thiên văn trên mặt đất lớn nhất, thu thập ánh sáng mờ nhạt của chúng trong thời gian phơi sáng rất dài. Ngoài ra, họ phải sử dụng các máy dò nhạy hồng ngoại.
Kính viễn vọng như đôi mắt khổng lồ
Vùng sâu Hub Hubble Deep Field South (HDF-S) là một phần rất nhỏ của bầu trời trong chòm sao phía nam Tucanae (Hồi giáo Toucan). Nó được chọn để nghiên cứu rất chi tiết với Kính thiên văn vũ trụ Hubble (HST) và các kính viễn vọng mạnh mẽ khác. Hình ảnh quang học của trường này thu được bởi HST thể hiện tổng thời gian phơi sáng là 140 giờ. Nhiều kính viễn vọng trên mặt đất cũng đã thu được hình ảnh và quang phổ của các vật thể trong khu vực bầu trời này, đặc biệt là các kính viễn vọng ESO ở Chile.
Một khu vực bầu trời 2,5 x 2,5 arcmin2 theo hướng HDF-S đã được quan sát trong bối cảnh của một nghiên cứu kỹ lưỡng (Khảo sát ngoài phạm vi mờ nhạt; FIRES, xem ESO PR 23/02). Nó lớn hơn một chút so với trường được bao phủ bởi camera WFPC2 trên HST, nhưng vẫn nhỏ hơn 100 lần so với diện tích được phụ thuộc bởi trăng tròn.
Bất cứ khi nào trường này có thể nhìn thấy từ Đài quan sát Paranal ESO và điều kiện khí quyển là tối ưu, các nhà thiên văn học ESO đã chỉ kính viễn vọng VLT ANTU 8.2 m theo hướng này, chụp ảnh cận hồng ngoại với thiết bị đa chế độ ISAAC. Nhìn chung, trường được quan sát trong hơn 100 giờ và hình ảnh thu được (xem ESO PR 23/02), là các chế độ xem trên mặt đất sâu nhất trong các dải Js và H gần hồng ngoại. Hình ảnh dải Ks là hình ảnh sâu nhất từng có của bất kỳ trường trời nào trong dải quang phổ này, cho dù từ mặt đất hay từ không gian.
Những dữ liệu độc đáo này cung cấp một cái nhìn đặc biệt và hiện đã cho phép các nghiên cứu chưa từng có về dân số thiên hà trong Vũ trụ trẻ. Thật vậy, do điều kiện nhìn thấy đặc biệt tại Paranal, dữ liệu thu được với VLT có độ sắc nét hình ảnh tuyệt vời (một chiếc nhìn thấy của 0,48 arcsec) và có thể được kết hợp với dữ liệu quang HST mà hầu như không giảm chất lượng.
Một màu xanh hơn
Các nhà thiên văn học đã có thể phát hiện rõ ràng khoảng 300 thiên hà trên những hình ảnh này. Đối với mỗi người trong số họ, họ đã đo khoảng cách bằng cách xác định dịch chuyển đỏ [2]. Điều này được thực hiện bằng phương pháp mới được cải tiến dựa trên việc so sánh độ sáng của từng vật thể trong tất cả các dải quang phổ riêng lẻ với một tập hợp các thiên hà gần đó.
Theo cách này, các thiên hà đã được tìm thấy trên thực địa với các dịch chuyển đỏ cao tới z = 3,2, tương ứng với khoảng cách khoảng 11,5 triệu triệu năm ánh sáng. Nói cách khác, các nhà thiên văn học đã nhìn thấy ánh sáng của những thiên hà rất xa xôi này khi chúng còn vũ trụ chỉ khoảng 2,2 tỷ năm tuổi.
Các nhà thiên văn học tiếp theo đã xác định lượng ánh sáng phát ra từ mỗi thiên hà theo cách mà các hiệu ứng của dịch chuyển đỏ đã bị loại bỏ. Đó là, họ đã đo lượng ánh sáng ở các bước sóng (màu sắc) khác nhau vì nó sẽ được ghi lại bởi một người quan sát gần thiên hà đó. Tất nhiên, điều này chỉ đề cập đến ánh sáng từ những ngôi sao không bị che khuất bởi bụi.
Tóm tắt ánh sáng phát ra ở các bước sóng khác nhau bởi tất cả các thiên hà ở một kỷ nguyên vũ trụ nhất định, các nhà thiên văn học sau đó cũng có thể xác định màu sắc trung bình của Vũ trụ (màu vũ trụ huyền bí) ở kỷ nguyên đó. Hơn nữa, họ có thể đo màu sắc đó đã thay đổi như thế nào, khi Vũ trụ trở nên già hơn.
Họ kết luận rằng màu sắc vũ trụ ngày càng đỏ hơn theo thời gian. Cụ thể, nó đã xanh hơn nhiều trong quá khứ; bây giờ, ở tuổi gần 14.000 triệu năm, Vũ trụ có một loại màu be.
Sao hình thành khi nào?
Sự thay đổi màu sắc vũ trụ theo thời gian có thể rất thú vị, nhưng nó cũng là một công cụ thiết yếu để xác định các ngôi sao được lắp ráp nhanh như thế nào trong Vũ trụ.
Thật vậy, trong khi sự hình thành sao trong các thiên hà riêng lẻ có thể có lịch sử phức tạp, đôi khi tăng tốc thành vụ nổ sao thực sự, thì những quan sát mới - hiện dựa trên nhiều thiên hà - cho thấy lịch sử trung bình của sự hình thành sao trong vũ trụ là đơn giản hơn nhiều Điều này thể hiện rõ qua sự thay đổi mượt mà của màu sắc vũ trụ khi Vũ trụ trở nên già hơn.
Sử dụng màu sắc vũ trụ, các nhà thiên văn học cũng có thể xác định tuổi trung bình của các ngôi sao tương đối không bị che khuất trong Vũ trụ thay đổi theo thời gian. Vì trước đây Vũ trụ đã xanh hơn nhiều so với bây giờ, nên họ kết luận rằng Vũ trụ không tạo ra nhiều ngôi sao màu xanh lam (khối lượng cao, tồn tại ngắn) như trước đây, đồng thời màu đỏ (khối lượng thấp , tồn tại lâu) các ngôi sao từ các thế hệ hình thành sao trước đó vẫn còn tồn tại. Các ngôi sao lớn, màu xanh lam chết nhanh hơn so với các ngôi sao có khối lượng thấp, màu đỏ và do đó khi tuổi của một nhóm sao tăng lên, các ngôi sao có thời gian sống ngắn màu xanh sẽ chết và màu trung bình của nhóm trở nên đỏ hơn. Vũ trụ cũng vậy.
Hành vi này có một số điểm tương đồng với xu hướng lão hóa ở các nước phương Tây hiện đại, nơi sinh ra ít em bé hơn so với trước đây và mọi người sống lâu hơn so với trước đây, với tổng tác động là tuổi trung bình của dân số đang tăng lên.
Các nhà thiên văn xác định có bao nhiêu ngôi sao đã hình thành khi Vũ trụ chỉ khoảng 3.000 triệu năm tuổi. Những ngôi sao trẻ (có màu xanh lam) phát ra nhiều ánh sáng hơn những ngôi sao cũ (đỏ hơn). Tuy nhiên, vì có nhiều ánh sáng trong Vũ trụ trẻ như ngày nay - mặc dù các thiên hà ngày nay đỏ hơn nhiều - điều này ngụ ý rằng có ít ngôi sao trong Vũ trụ ban đầu hơn ngày nay. Nghiên cứu hiện tại chứng minh rằng có ít hơn mười lần ngôi sao vào thời điểm đó so với hiện tại.
Cuối cùng, các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng khoảng một nửa số sao trong các thiên hà quan sát được hình thành sau thời gian Vũ trụ khoảng một nửa tuổi (7.000 triệu năm sau Vụ nổ lớn) như ngày nay (14.000 triệu năm).
Mặc dù kết quả này được rút ra từ một nghiên cứu về một vùng trời rất nhỏ, và do đó có thể không hoàn toàn đại diện cho Vũ trụ nói chung, kết quả hiện tại đã được chứng minh là giữ trong các trường bầu trời khác.
Nguồn gốc: ESO News Release
