Tín dụng hình ảnh: Kính viễn vọng Subaru
Kính viễn vọng Subaru, có trụ sở tại Nhật Bản, đã phát hiện thiên hà xa nhất từng được ghi nhận ở khoảng cách 12,8 tỷ năm ánh sáng. Nhóm dự án Subaru Deep Field đã phát hiện ra 70 vật thể ở xa ứng viên, bằng cách sử dụng bộ lọc đặc biệt chỉ cho phép ánh sáng có bước sóng rất đặc biệt đi qua - một vật thể tương ứng với các vật thể cách xa khoảng 13 tỷ năm ánh sáng.
Kính viễn vọng Subaru đã tìm thấy một thiên hà cách xa 12,8 tỷ năm ánh sáng (độ dịch chuyển 6,58; xem ghi chú 1), thiên hà xa nhất từng được quan sát. Phát hiện này là kết quả đầu tiên từ Dự án Trường sâu Subaru, một dự án nghiên cứu về Kính viễn vọng Subaru của Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản, nơi vận hành kính viễn vọng Subaru. Nhóm dự án Subaru Deep Field (SDF) đã tìm thấy khoảng 70 ứng cử viên thiên hà xa xôi bằng cách gắn một bộ lọc đặc biệt được thiết kế để phát hiện các thiên hà cách xa khoảng 13 tỷ năm ánh sáng trên một máy ảnh có tầm nhìn rộng. Các quan sát tiếp theo với máy quang phổ xác nhận rằng hai trong số chín ứng cử viên trên thực tế là các thiên hà xa xôi. Một trong số đó là thiên hà xa xôi nhất từng được quan sát. Phát hiện này làm tăng kỳ vọng rằng dự án sẽ có thể tìm thấy một số lượng lớn các thiên hà xa xôi sẽ giúp làm sáng tỏ lịch sử ban đầu của vũ trụ theo cách có ý nghĩa thống kê.
Dự án SDF là một dự án quan sát của Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản được thiết kế để thể hiện khả năng của kính viễn vọng Subaru và giải quyết các câu hỏi thiên văn cơ bản khó giải quyết thông qua hệ thống phân bổ thời gian thường xuyên của Subaru. Hầu hết các chương trình nghiên cứu về kính viễn vọng Subaru được chọn thông qua quy trình phân bổ thời gian cạnh tranh có tên Open Use, mở cửa cho tất cả các nhà thiên văn học nhưng chỉ cho phép tối đa ba đêm quan sát mỗi sáu tháng. Bằng cách gộp chung các đêm quan sát dành riêng cho đài thiên văn và các nhà thiên văn học đã góp phần thành lập Kính viễn vọng Subaru, một dự án quan sát có thể giải quyết các câu hỏi đòi hỏi tài nguyên kính viễn vọng lớn hơn đề xuất nghiên cứu điển hình. Mục tiêu chính của dự án SDF là phát hiện một số lượng lớn các thiên hà xa nhất có thể phát hiện được và để hiểu các tính chất và tác động của chúng đối với sự phát triển của vũ trụ. Tốc độ của ánh sáng là giới hạn cơ bản cho việc thông tin có thể di chuyển nhanh như thế nào (xem chú thích 2). Khi chúng ta phát hiện ánh sáng từ một thiên hà cách xa 13 tỷ năm ánh sáng, điều đó có nghĩa là chúng ta đang nhìn thấy thiên hà như cách đây 13 tỷ năm. Tìm kiếm các thiên hà xa hơn bao giờ hết có nghĩa là nhìn vào các thiên hà vào thời điểm sớm hơn và sớm hơn trong vũ trụ.
Các quan sát của SDF đã lợi dụng thực tế là ánh sáng từ các thiên hà xa xôi có bước sóng và hình dạng đặc trưng. Các nhà thiên văn học cho rằng các thiên hà sớm nhất nhanh chóng hình thành các ngôi sao từ hydro, dạng vật chất chủ yếu trong vũ trụ. Ánh sáng từ những ngôi sao này sẽ kích thích bất kỳ hydro nào còn lại xung quanh chúng đến trạng thái năng lượng cao hơn và thậm chí làm ion hóa nó. Khi hydro bị kích thích trở về trạng thái năng lượng thấp hơn, nó phát ra ánh sáng ở một số bước sóng riêng biệt. Tuy nhiên, hầu hết ánh sáng này sẽ thoát khỏi thiên hà trẻ dưới dạng đường phát xạ ở 122 nanomet bởi vì ánh sáng xanh lam có bước sóng ngắn hơn và năng lượng cao hơn có thể kích thích lại các nguyên tử hydro khác. Vì vũ trụ đang giãn nở, một thiên hà càng ở xa chúng ta, nó càng di chuyển ra xa chúng ta. Do sự chuyển động này, ánh sáng từ các thiên hà xa xôi bị doppler chuyển sang các bước sóng dài hơn hoặc đỏ hơn, và đường phát xạ này là đèn đỏ được chuyển sang một bước sóng dài hơn, đặc trưng cho khoảng cách thiên hà và bản thân thiên hà có vẻ đỏ hơn. Khi ánh sáng truyền đi quãng đường dài từ nguồn gốc của nó đến Trái đất, ánh sáng ở phía năng lượng cao hơn hoặc phía màu xanh của đường phát xạ, có thể được hấp thụ bởi hydro trung tính trong không gian liên thiên hà. Sự hấp thụ này mang lại cho đường phát xạ một cái nhìn bất đối xứng đặc biệt. Một diện mạo màu đỏ tổng thể và một vạch phát xạ mạnh ở một bước sóng cụ thể với hình dạng bất đối xứng cụ thể là dấu hiệu của một thiên hà mới sinh ra xa xôi.
Để phát hiện các thiên hà xa nhất từng được quan sát, nhóm SDF đã phát triển một bộ lọc đặc biệt chỉ truyền ánh sáng với phạm vi bước sóng hẹp từ 908 đến 938 nanomet. Những bước sóng này tương ứng với đường phát xạ 122 nanomet sau khi đi được quãng đường 13 tỷ năm ánh sáng. Nhóm nghiên cứu đã cài đặt bộ lọc đặc biệt và hai bộ lọc khác ở bước sóng ngắn hơn và dài hơn đặt khung cho bộ lọc đặc biệt, trên Suprime-Cam, Subaru Prime Focus của kính viễn vọng Subaru, và thực hiện một chương trình quan sát sâu rộng từ tháng 4 đến tháng 5 năm 2002. Suprime-Cam có khả năng chụp ảnh một vùng trên bầu trời lớn như trăng tròn trong một lần phơi sáng, khả năng độc nhất giữa các thiết bị trên lớp 8 m và kính viễn vọng lớn hơn, và rất phù hợp để khảo sát các vật thể rất mờ trên các khu vực rộng lớn trên bầu trời . Bằng cách quan sát một khu vực trên bầu trời kích thước của mặt trăng trong tối đa 5,8 giờ trong mỗi bộ lọc, nhóm nghiên cứu đã có thể phát hiện hơn 50.000 vật thể, bao gồm nhiều thiên hà cực kỳ mờ nhạt. Bằng cách chọn các thiên hà chỉ sáng trong bộ lọc đặc biệt và tốt nhất là màu đỏ, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy 70 ứng cử viên cho các thiên hà với độ dịch chuyển 6,6 (hoặc khoảng cách 13 tỷ năm ánh sáng; xem hình 1).
Vào tháng 6 năm 2002, nhóm nghiên cứu đã sử dụng FOCAS, Máy ảnh mờ và Máy quang phổ trên kính viễn vọng Subaru, để quan sát 9 trong số 70 ứng cử viên, và xác nhận sự xuất hiện chung màu đỏ và đường phát xạ với sự bất đối xứng đặc biệt ở 2 vật thể (xem hình 2), và xác định rằng các dịch chuyển đỏ của họ là 6,58 và 6,54. Ánh sáng từ các thiên hà này được phát ra từ 12,8 tỷ năm trước khi vũ trụ chỉ 900 triệu năm tuổi. Thiên hà xa xôi được quan sát trước đây, với độ lệch 6,56, được phát hiện bằng cách nhìn vào một cụm thiên hà lớn có thể khuếch đại ánh sáng từ các thiên hà xa hơn với hiệu ứng thấu kính hấp dẫn. (Xem thông cáo báo chí của chúng tôi từ tháng 5 năm 2002, http://www.naoj.org/Latestnews/200205/UH/index.html.) Quan sát SDF là lần đầu tiên quan sát thấy nhiều thiên hà ở khoảng cách lớn như vậy và không có sự giúp đỡ của thấu kính hấp dẫn. Thiên hà có độ dịch chuyển 6,58 là thiên hà xa nhất từng được quan sát.
Nhóm SDF hy vọng sẽ tìm thấy nhiều thiên hà xa hơn thông qua các quan sát liên tục. Trước khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên hình thành, vũ trụ đã ở trong giai đoạn mà các nhà thiên văn học gọi là thời kỳ đen tối của vũ trụ. Xác định thời điểm bóng tối kết thúc là một trong những câu hỏi thiên văn quan trọng nhất của thời đại chúng ta. Các thành viên cốt lõi của nhóm, Keiichi Kodaira từ Đại học Nghiên cứu Cao cấp tại Nhật Bản, Nobunari Kashikawa từ Đài quan sát Thiên văn Quốc gia Nhật Bản và Yoshiaki Taniguchi từ Đại học Tohoku hy vọng rằng bằng cách phát hiện số lượng thiên hà xa xôi có ý nghĩa thống kê, họ có thể bắt đầu đặc trưng cho các thiên hà báo trước sự kết thúc của thời kỳ đen tối của vũ trụ.
Nguồn gốc: Subaru News phát hành
