Tín dụng hình ảnh: ESO
Sử dụng thiết bị cận hồng ngoại ISAAC trên Kính viễn vọng cực lớn ESO, và hiệu ứng phóng đại của thấu kính hấp dẫn, một nhóm các nhà thiên văn học người Pháp và Thụy Sĩ [2] đã tìm thấy một số thiên hà mờ được cho là xa nhất.
Các nghiên cứu quang phổ sâu hơn về một trong những ứng cử viên này đã cung cấp một trường hợp mạnh mẽ cho hiện tại là người giữ kỷ lục mới - và cho đến nay - về thiên hà xa xôi nhất được biết đến trong Vũ trụ.
Được đặt tên là Abell 1835 IR1916, thiên hà mới được phát hiện có độ dịch chuyển 10 [3] và nằm cách xa khoảng 13.230 triệu năm ánh sáng. Do đó, nó được nhìn thấy vào thời điểm Vũ trụ chỉ còn trẻ 470 triệu năm, tức là chỉ bằng 3% so với tuổi hiện tại.
Thiên hà nguyên thủy này dường như nhỏ hơn hàng vạn lần so với Thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà. Nó cũng có thể là một trong những lớp vật thể đầu tiên chấm dứt Thời kỳ đen tối của vũ trụ.
Khám phá đáng chú ý này minh họa tiềm năng của các kính viễn vọng trên mặt đất lớn trong miền cận hồng ngoại để khám phá Vũ trụ từ rất sớm.
Đi sâu vào quá khứ
Giống như các nhà cổ sinh vật học đào sâu hơn và tìm thấy hài cốt lâu đời nhất, các nhà thiên văn học cố gắng nhìn xa hơn và nghiên cứu kỹ hơn về Vũ trụ rất trẻ. Nhiệm vụ cuối cùng? Tìm kiếm những ngôi sao và thiên hà đầu tiên hình thành ngay sau Vụ nổ lớn.
Chính xác hơn, các nhà thiên văn học đang cố gắng khám phá những vùng lãnh thổ chưa được biết đến trước đây, khu vực ranh giới giữa ngôi nhà tối tăm của Hồi giáo và thời kỳ Phục hưng Phục hưng.
Không lâu sau Vụ nổ lớn, hiện được cho là đã diễn ra cách đây khoảng 13.700 triệu năm, Vũ trụ đã chìm vào bóng tối. Bức xạ di tích từ quả cầu lửa nguyên thủy đã bị kéo dài bởi sự giãn nở của vũ trụ đối với các bước sóng dài hơn và cả các ngôi sao và chuẩn tinh chưa được hình thành có thể chiếu sáng không gian rộng lớn. Vũ trụ là một nơi lạnh lẽo và mờ đục. Do đó, thời đại ảm đạm này được đặt tên khá hợp lý là Dark Dark Ages.
Vài trăm triệu năm sau, thế hệ sao đầu tiên và sau đó, các thiên hà và quasar đầu tiên, tạo ra bức xạ cực tím cực mạnh, dần dần nâng sương mù lên Vũ trụ.
Đây là sự kết thúc của Thời đại đen tối và, với một thuật ngữ một lần nữa được tiếp quản từ lịch sử loài người, đôi khi được gọi là Phục hưng vũ trụ Phục hưng.
Các nhà thiên văn học đang cố gắng xác định thời điểm - và làm thế nào - chính xác là Thời kỳ đen tối đã kết thúc. Điều này đòi hỏi phải tìm kiếm các vật thể xa xôi, một thách thức mà chỉ những kính thiên văn lớn nhất, kết hợp với chiến lược quan sát rất cẩn thận, mới có thể vượt qua.
Sử dụng kính thiên văn hấp dẫn
Với sự ra đời của kính thiên văn lớp 8-10 mét, tiến bộ ngoạn mục đã đạt được trong thập kỷ qua. Thật vậy, từ đó đã có thể quan sát được với một số chi tiết vài nghìn thiên hà và các quasar ở khoảng cách gần 12 tỷ năm ánh sáng (tức là lên tới độ lệch 3 [3]). Nói cách khác, các nhà thiên văn học hiện có thể nghiên cứu các thiên hà riêng lẻ, sự hình thành, tiến hóa của chúng và các tính chất khác trên 85% lịch sử vũ trụ trong quá khứ.
Tuy nhiên, trong quá khứ, các quan sát về các thiên hà và các quasar trở nên khan hiếm. Hiện tại, chỉ có một số ít các thiên hà rất mờ được nhìn thấy khoảng 1.200 đến 750 triệu năm sau Vụ nổ lớn (dịch chuyển đỏ 5-7). Ngoài ra, sự mờ nhạt của các nguồn này và thực tế ánh sáng của chúng được chuyển từ quang học sang hồng ngoại gần đã hạn chế nghiêm trọng các nghiên cứu.
Một bước đột phá quan trọng trong nhiệm vụ tìm kiếm thiên hà hình thành sớm nhất này đã đạt được bởi một nhóm các nhà thiên văn học người Pháp và Thụy Sĩ [2] bằng cách sử dụng Kính thiên văn rất lớn (VLT) ESO được trang bị thiết bị đo độ nhạy hồng ngoại gần. Để thực hiện điều này, họ đã phải kết hợp hiệu ứng khuếch đại ánh sáng của một cụm thiên hà - Kính thiên văn hấp dẫn - với khả năng thu thập ánh sáng của VLT và điều kiện bầu trời tuyệt vời thịnh hành tại Paranal.
Tìm kiếm các thiên hà xa xôi
Việc săn lùng những vật thể mờ nhạt, khó nắm bắt như vậy đòi hỏi một cách tiếp cận cụ thể.
Trước hết, hình ảnh rất sâu của một cụm thiên hà có tên Abell 1835 được chụp bằng thiết bị cận hồng ngoại ISAAC trên VLT. Các cụm lớn tương đối gần như vậy có thể uốn cong và khuếch đại ánh sáng của các nguồn nền - một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn và được dự đoán bởi thuyết tương đối rộng của Einstein.
Sự khuếch đại tự nhiên này cho phép các nhà thiên văn học nhìn vào các thiên hà mà nếu không thì quá mờ nhạt để có thể nhìn thấy. Trong trường hợp thiên hà mới được phát hiện, ánh sáng được khuếch đại khoảng 25 đến 100 lần! Kết hợp với sức mạnh của VLT, từ đó có thể hình ảnh và thậm chí có thể thu được quang phổ của thiên hà này. Thật vậy, khuếch đại tự nhiên có hiệu quả làm tăng khẩu độ của VLT từ 8.2-m lên 40-80 m.
Các hình ảnh cận hồng ngoại sâu được chụp ở các bước sóng khác nhau đã cho phép các nhà thiên văn học mô tả đặc tính của một vài nghìn thiên hà trong ảnh và chọn một số trong số chúng là các thiên hà có khả năng rất xa. Sử dụng các hình ảnh thu được trước đây được chụp tại Kính viễn vọng Canada-Pháp-Hawaii (CFHT) trên Mauna Kea và hình ảnh từ Kính viễn vọng Không gian Hubble, sau đó đã xác minh rằng các thiên hà này thực sự không nhìn thấy trong quang học. Theo cách này, sáu thiên hà dịch chuyển đỏ cao được nhận ra có ánh sáng có thể được phát ra khi Vũ trụ chưa đầy 700 triệu năm tuổi.
Để xác nhận và xác định chính xác hơn khoảng cách của một trong những thiên hà này, các nhà thiên văn học đã thu được Thời gian tùy ý của Giám đốc để sử dụng lại ISAAC trên VLT, nhưng lần này là ở chế độ quang phổ. Sau vài tháng phân tích cẩn thận dữ liệu, các nhà thiên văn học tin chắc đã phát hiện ra một đặc điểm quang phổ yếu nhưng rõ ràng trong miền cận hồng ngoại. Các nhà thiên văn học đã đưa ra một trường hợp mạnh mẽ rằng tính năng này chắc chắn là đường phát xạ Lyman-alpha điển hình của các vật thể này. Dòng này, xuất hiện trong phòng thí nghiệm ở bước sóng 0,1216 m, nghĩa là trong tia cực tím, đã bị kéo dài đến tia hồng ngoại gần ở mức 1,34, m, khiến Abell 1835 IR1916 trở thành thiên hà đầu tiên được biết là có độ dịch chuyển lớn như 10.
Thiên hà xa xôi nhất được biết đến cho đến nay
Đây là trường hợp mạnh nhất cho dịch chuyển đỏ vượt quá kỷ lục được xác nhận bằng quang phổ hiện tại ở z = 6,6 và trường hợp đầu tiên của dịch chuyển đỏ hai chữ số. Mở rộng tuổi của Vũ trụ thành một người trọn đời (80 tuổi, nói), hồ sơ được xác nhận trước đó cho thấy một đứa trẻ bốn tuổi. Với những quan sát hiện tại, chúng ta có một bức ảnh của đứa trẻ khi nó hai tuổi rưỡi.
Từ những hình ảnh của thiên hà này thu được trong các dải sóng khác nhau, các nhà thiên văn học suy luận rằng nó đang trải qua thời kỳ hình thành sao cực mạnh. Nhưng lượng sao hình thành được ước tính chỉ là 10 triệu lần khối lượng mặt trời, nhỏ hơn khoảng mười nghìn lần so với khối lượng của Thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà.
Nói cách khác, những gì các nhà thiên văn nhìn thấy là khối xây dựng đầu tiên của các thiên hà lớn ngày nay. Phát hiện này rất phù hợp với sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về quá trình hình thành thiên hà tương ứng với sự hình thành liên tiếp của các thiên hà lớn được thấy ngày nay thông qua nhiều vụ sáp nhập các khối xây dựng của nhà băng, các thiên hà nhỏ hơn và nhỏ hơn được hình thành trong quá khứ.
Chính những khối kiến trúc này có thể đã cung cấp những nguồn sáng đầu tiên đã đẩy sương mù lên vũ trụ và chấm dứt thời kỳ đen tối.
Đối với Roser Pell?, Từ Đài quan sát Midi-Pyr (Pháp) và đồng lãnh đạo của nhóm, những quan sát này cho thấy trong điều kiện bầu trời tuyệt vời như ở Đài quan sát Paranal của ESO và sử dụng thấu kính hấp dẫn mạnh, quan sát trực tiếp của các thiên hà xa xôi gần thời đại đen tối là khả thi với các kính thiên văn trên mặt đất tốt nhất.
Người đồng lãnh đạo khác của nhóm, Daniel Schaerer từ Đài thiên văn và Đại học Geneva (Thụy Sĩ), rất phấn khích: Khám phá này mở ra con đường khám phá những ngôi sao và thiên hà đầu tiên trong Vũ trụ sơ khai.
Thêm thông tin
Thông tin được trình bày trong Thông cáo báo chí này dựa trên một bài báo nghiên cứu trên tạp chí nghiên cứu châu Âu, Astr Astryy & Astrophysics, (A & A, tập 416, trang L35; Quan sát của ISAAC / VLT về một thiên hà được thấu kính ở z = 10.0. , Daniel Schaerer, Johan Richard, Jean-Fran? Ois Le Borgne và Jean-Paul Kneib). Nó có sẵn trên web tại trang web EDP.
Giải thích và hình ảnh bổ sung có sẵn trên trang web của tác giả, tại http://obswww.unige.ch/sfr và http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/
Nguồn gốc: ESO News Release
