Tín dụng hình ảnh: Hubble
Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã thu thập bằng chứng cho thấy các thiên hà hình thành rất nhanh sau Vụ nổ lớn. Điều này có nghĩa là họ chỉ mới 1,5 tỷ năm tuổi, thời điểm Vũ trụ chỉ bằng 10% so với tuổi hiện tại. Nó tin rằng các cụm này hình thành rất nhanh bởi vì những khu vực này cực kỳ dày đặc với vật liệu.
Nhìn lại thời gian gần 9 tỷ năm, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã tìm thấy các thiên hà trưởng thành trong một vũ trụ trẻ. Các thiên hà là thành viên của một cụm thiên hà tồn tại khi vũ trụ chỉ mới 5 tỷ năm tuổi, tương đương khoảng 35% thời đại hiện tại. Bằng chứng thuyết phục này cho thấy các thiên hà phải bắt đầu hình thành ngay sau khi vụ nổ lớn được củng cố bằng các quan sát được thực hiện bởi cùng một nhóm các nhà thiên văn học khi chúng nhìn xa hơn về thời gian. Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các thiên hà phôi thai chỉ 1,5 tỷ năm sau khi vũ trụ ra đời, tương đương 10% thời đại hiện tại của vũ trụ. Các thiên hà bé bé của người Viking sống trong một cụm vẫn đang phát triển, cụm động vật nguyên sinh xa nhất từng được tìm thấy.
Máy ảnh Khảo sát Tiên tiến (ACS) trên Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA đã được sử dụng để quan sát cụm sao khổng lồ, RDCS 1252.9-2927, và cụm proto-cụm, TN J1338-1942. Các quan sát của Đài quan sát tia X của NASA Chand Chandra đã mang lại khối lượng và nguyên tố nặng của RDCS 1252, cụm sao lớn nhất được biết đến cho kỷ nguyên đó. Những quan sát này là một phần trong nỗ lực phối hợp của nhóm khoa học ACS để theo dõi sự hình thành và tiến hóa của các cụm thiên hà trong một phạm vi rộng của thời gian vũ trụ. ACS được chế tạo đặc biệt cho các nghiên cứu về các vật thể ở xa như vậy.
Những phát hiện này hỗ trợ thêm cho các quan sát và lý thuyết cho rằng các thiên hà hình thành tương đối sớm trong lịch sử vũ trụ. Sự tồn tại của các cụm lớn như vậy trong vũ trụ sơ khai đồng ý với mô hình vũ trụ trong đó các cụm hình thành từ sự hợp nhất của nhiều cụm phụ trong vũ trụ bị chi phối bởi vật chất tối lạnh. Tuy nhiên, bản chất chính xác của vật chất tối lạnh vẫn chưa được biết đến.
Nghiên cứu đầu tiên của Hubble ước tính rằng các thiên hà trong RDCS 1252 đã hình thành phần lớn các ngôi sao của chúng cách đây hơn 11 tỷ năm (tại các dịch chuyển đỏ lớn hơn 3). Kết quả được công bố trên tạp chí Vật lý thiên văn ngày 20 tháng 10 năm 2003. Tác giả chính của tờ giấy là John Blakeslee của Đại học Johns Hopkins ở Baltimore, Md.
Nghiên cứu thứ hai của Hubble lần đầu tiên phát hiện ra, một cụm nguyên sinh của các thiên hà trẻ sơ sinh có tên là tồn tại hơn 12 tỷ năm trước (tại dịch chuyển đỏ 4.1). Những thiên hà này còn quá trẻ đến nỗi các nhà thiên văn học vẫn có thể nhìn thấy một loạt các ngôi sao hình thành bên trong chúng. Các thiên hà được nhóm lại xung quanh một thiên hà lớn. Những kết quả này sẽ được công bố trên tạp chí Nature ngày 1 tháng 1 năm 2004. Tác giả chính của tờ giấy là George Miley của Đài thiên văn Leiden ở Hà Lan.
Cho đến gần đây, người ta đã không nghĩ rằng các cụm tồn tại khi vũ trụ chỉ khoảng 5 tỷ năm tuổi, ông Blakeslee giải thích.
Ngay cả khi có những cụm như vậy, thì Miley thêm vào, cho đến gần đây các nhà thiên văn học nghĩ rằng gần như không thể tìm thấy các cụm tồn tại 8 tỷ năm trước. Trong thực tế, không ai thực sự biết khi cụm bắt đầu. Bây giờ chúng ta có thể chứng kiến nó.
Cả hai nghiên cứu đều khiến các nhà thiên văn học kết luận rằng các hệ thống này là tổ tiên của các cụm thiên hà được thấy ngày nay. Marc Postman của Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian ở Baltimore, Md., Và đồng tác giả của cả hai tài liệu nghiên cứu cho biết, cụm RDCS 1252 trông giống như cụm ngày nay. Trên thực tế, nếu bạn đặt nó bên cạnh một cụm ngày nay, bạn sẽ biết đó là cái gì.
Câu chuyện về hai cụm
Làm thế nào các thiên hà có thể phát triển quá nhanh sau vụ nổ lớn? Đây là một trường hợp của những người giàu ngày càng giàu hơn. Những cụm này phát triển nhanh chóng vì chúng nằm ở những vùng rất dày đặc, vì vậy có đủ nguyên liệu để xây dựng các thiên hà thành viên rất nhanh.
Ý tưởng này được củng cố bằng các quan sát tia X của cụm RDCS 1252 khổng lồ. Chandra và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu XMM-Newton đã cung cấp cho các nhà thiên văn các phép đo chính xác nhất cho đến nay về các tính chất của một đám mây khí nóng khổng lồ bao trùm cụm sao khổng lồ. Loại khí 160 triệu độ Fahrenheit (70 triệu độ C) này là nơi chứa hầu hết các nguyên tố nặng trong cụm và là chất đánh dấu chính xác trong tổng khối lượng của nó. Một bài báo của Piero Rosati thuộc Đài thiên văn Nam châu Âu (ESO) và các đồng nghiệp trình bày các quan sát tia X của RDCS 1252 sẽ được xuất bản vào tháng 1 năm 2004 trên Tạp chí Thiên văn.
Tầm nhìn xa của Chand Chandra đã giải quyết hình dạng của quầng khí nóng và cho thấy RDCS 1252 rất trưởng thành so với tuổi của nó, theo ông Rosati, người đã phát hiện ra cụm sao với kính viễn vọng tia X của ROSAT.
RDCS 1252 có thể chứa nhiều ngàn thiên hà. Tuy nhiên, hầu hết các thiên hà này quá mờ nhạt để phát hiện. Nhưng đôi mắt mạnh mẽ của người hâm mộ của ACS đã xác định được hàng trăm người trong số họ. Các quan sát sử dụng Kính thiên văn rất lớn (VLT) của ESO cung cấp một phép đo chính xác về khoảng cách đến cụm. ACS cho phép các nhà nghiên cứu xác định chính xác hình dạng và màu sắc của 100 thiên hà, cung cấp thông tin về tuổi của các ngôi sao cư trú trong đó. Nhóm ACS ước tính rằng hầu hết các ngôi sao trong cụm sao đã được hình thành khi vũ trụ khoảng 2 tỷ năm tuổi. Ngoài ra, các quan sát tia X cho thấy, 5 tỷ năm sau vụ nổ lớn, khí nóng xung quanh đã được làm giàu với các nguyên tố nặng từ những ngôi sao này và đã bị cuốn trôi khỏi các thiên hà.
Nếu hầu hết các thiên hà trong RDCS 1252 đã đạt đến độ chín và đang ổn định ở tuổi trưởng thành yên tĩnh, thì các thiên hà hình thành trong cụm động vật nguyên sinh ở xa là ở tuổi trẻ tràn đầy năng lượng.
Cụm proto TN J1338 chứa một thiên hà phôi khổng lồ được bao quanh bởi các thiên hà đang phát triển nhỏ hơn, trông giống như các chấm trong hình ảnh Hubble.
Thiên hà thống trị đang tạo ra các máy bay phản lực vô tuyến ngoạn mục, được cung cấp năng lượng bởi một lỗ đen siêu lớn nằm sâu bên trong hạt nhân thiên hà. Sự tương tác giữa các máy bay phản lực này và khí có thể kích thích một dòng chảy của ngôi sao.
Phát hiện thiên hà vô tuyến đầy năng lượng bằng kính viễn vọng vô tuyến đã thúc đẩy các nhà thiên văn học săn lùng các thiên hà nhỏ hơn tạo nên phần lớn của cụm sao.
Các cụm khổng lồ của cụm là những thành phố của vũ trụ và các thiên hà vô tuyến trong chúng là những khối khói mà chúng ta có thể sử dụng để tìm thấy chúng khi chúng mới bắt đầu hình thành, siêu Miêu nói.
Hai phát hiện nhấn mạnh sức mạnh của việc kết hợp các quan sát từ nhiều kính thiên văn khác nhau cung cấp quan điểm về vũ trụ xa xôi trong một loạt các bước sóng. Máy ảnh tiên tiến Hubble đã cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc của cả hai cụm thiên hà xa xôi. Tầm nhìn tia X của Chandra từ và XMM-Newton, đã cung cấp các phép đo thiết yếu của khí nguyên thủy, trong đó các thiên hà trong RDCS 1252 được nhúng và ước tính chính xác tổng khối lượng chứa trong cụm đó. Các kính viễn vọng trên mặt đất lớn, như VLT, đã cung cấp các phép đo chính xác về khoảng cách của cả hai cụm cũng như thành phần hóa học của các thiên hà trong chúng.
Nhóm ACS đang tiến hành quan sát sâu hơn về các cụm ở xa để củng cố sự hiểu biết của chúng ta về cách các cụm trẻ này và các thiên hà của chúng phát triển thành hình dạng của những thứ nhìn thấy ngày nay. Các quan sát theo kế hoạch của họ bao gồm sử dụng các quan sát cận hồng ngoại để phân tích tốc độ hình thành sao trong một số cụm mục tiêu, bao gồm RDCS 1252, để đo lịch sử vũ trụ của sự hình thành sao trong các cấu trúc khổng lồ này. Nhóm nghiên cứu cũng đang tìm kiếm các khu vực xung quanh một số thiên hà vô tuyến ở xa để tìm ví dụ bổ sung cho các cụm proto. Mục tiêu khoa học cuối cùng của nhóm là thiết lập một bức tranh hoàn chỉnh về sự tiến hóa của cụm bắt đầu với sự hình thành ở thời kỳ sớm nhất và chi tiết hóa sự tiến hóa cho đến ngày nay.
Nguồn gốc: Tin tức Hubble
