Những thiên hà lùn mới hình thành có thể là lý do làm vũ trụ nóng lên khoảng 13 tỷ năm trước, theo như nghiên cứu mới đây của một nhóm các nhà khoa học quốc tế trong đó có nhà nghiên cứu của đại học Virginia. Phát hiện này mở ra một phương pháp mới để hiểu rõ hơn về thời kì đầu trong lịch sử 14 tỷ năm của vũ trụ.
Trong khoảng thời gian vài trăm nghìn năm sau vụ nổ Big Bang, vũ trụ nóng và đặc đến mức khiến cho vật chất bị ion hóa thay vì giữ trạng thái trung hoà. Nhưng 380.000 năm sau, sự mở rộng của vũ trụ đã làm nguội nó đủ để vật chất trở nên trung hoà và những cấu trúc đầu tiên của vũ trụ hình thành – những đám mây khí chứa hidro và heli. Sau đó, lực hấp dẫn khiến những đám mây khí đó phát triển thành khối và sụp đổ tạo thành những ngôi sao và thiên hà đầu tiên. Khoảng 1 triệu năm sau Big Bang, một sự chuyển đổi quan trọng khác xảy ra: vũ trụ lại được hâm nóng, và hidro – nguyên tố phổ biến nhất – bị ion hóa lần thứ 2 (bởi chúng đã có một thời gian ngắn bị ion hóa sau Big Bang), một sự kiện mà các nhà thiên văn học gọi là “tái ion hóa vũ trụ”. Làm thế nào điều này xảy ra vẫn đang còn gây tranh cãi.
Các nhà thiên văn học từ lâu đã nghĩ rằng các thiên hà chịu trách nhiệm cho việc chuyển đổi này.
Nhóm các nhà khoa học quốc tế, được tổ chức bởi nhà thiên văn học Trịnh Xuân Thuận của trường đại học Virginia, Mỹ, hầu như đã thừa nhận giả thuyết này trong một bài báo được xuất bản vào thứ 5 trên tạp chí Nature. Những đồng nghiệp của ông trong bài báo là các nhà nghiên cứu đến từ Ukraina, Cộng hòa Séc, Thụy Sỹ, Pháp và Đức.
Sử dụng dữ liệu từ một máy quang phổ tia cực tím trên kính thiên văn không gian Hubble, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một thiên hà lùn và đặc gần đó đang phát ra một lượng lớn các photon ion hóa (photon có năng lượng đủ lớn để giải phóng các electron của nguyên tử hoặc phân tử, gây ra sự ion hoá) vào không gian liên thiên hà. Các nhà khoa học tin rằng những photon đó chịu trách nhiệm cho sự tái ion hóa của vũ trụ.
“Thiên hà này dường như có một sự tương tự cục bộ hoàn toàn với nhiều thiên hà lùn được cho là chịu trách nhiệm cho sự tái ion hóa của vũ trụ”. Trịnh Xuân Thuận cho biết. “Phát hiện này rất có ý nghĩa vì nó cho chúng ta một địa điểm tốt để thăm dò hiện tượng tái ion hóa, thứ diễn ra ở thời kì đầu của vũ trụ và khiến cho vũ trụ của chúng ta như ngày nay.”
Vật chất thông thường trong thời kì đầu của vũ trụ chủ yếu là khí. Những ngôi sao và nhóm sao được sinh ra từ những đám mây khí, tạo nên những thiên hà đầu tiên. Bức xạ cực tím phát ra bởi những ngôi sao này có chứa nhiều photon ion hóa. Bởi lý do này, các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ rằng các thiên hà chịu trách nhiệm cho sự tái ion hóa vũ trụ. Tuy nhiên, để sự tái ion hóa xảy ra, các thiên hà phải phát ra những photon vào không gian liên thiên hà, nếu không, chúng có thể dễ dàng bị hấp thụ bởi khí và bụi trước khi có thể thoát ra ngoài. Mặc dù trải qua 20 năm tìm kiếm chuyên sâu, nhưng không thiên hà nào phát ra bức xạ ion đủ để có thể được tìm thấy, và cơ chế khiến vũ trụ tái ion hóa vẫn còn là một bí ẩn.
Để giải quyết vẫn đề này, nhóm nghiên cứu quốc tế đề xuất quan sát những thiên hà “đậu xanh”. Được phát hiện vào 2007, những thiên hà này tiêu biểu cho một loại thiên hà đặc biệt và hiếm hoi trong vũ trụ gần đó. Chúng xuất hiện màu xanh lá trong thiết bị cảm biến ánh sáng và chúng tròn, đặc, như một hạt đậu. Chúng được tin là lưu giữ những tàn tích của vụ nổ hoặc gió sao đủ mạnh để đẩy những photon ion hóa ra bên ngoài.
Nhóm nghiên cứu đã khảo sát dữ liệu từ Sloan Digital Sky Survey(SDSS) – cơ sở dữ liệu của hơn 1 triệu thiên hà. Qua việc khảo sát này, họ đã xác định được khoảng 5.000 thiên hà phù hợp với tiêu chuẩn: những thiên hà rất đặc phát ra bức xạ cực tím mạnh mẽ. Các nhà nghiên cứu đã chọn 5 thiên hà để quan sát bằng kính thiên văn không gian Hubble.
Sử dụng khả năng phát hiện bức xạ cực tím của Hubble, nhóm nghiên cứu đã tìm ra thiên hà “đậu xanh” J0925 +1403, nằm cách Trái Đất 3 tỉ năm ánh sáng, đang phát ra các photon ion hóa, với một cường độ chưa bao giờ thấy trước đây – khoảng 8% lượng bức xạ phát ra. Phát hiện cơ bản này cho thấy những thiên hà thuộc loại này có thể giải thích cho sự tái ion hóa vũ trụ, chứng thực cho giả thuyết thường được thừa nhận nhất để giải thích cho hiện tượng này.
“Khi chúng tôi thực hiện những quan sát bổ sung bằng Hubble, chúng tôi mong đợi đạt được sự hiểu biết rõ hơn về cách các photon phát ra từ loại thiên hà này, và các loại thiên hà đặc biệt này đang điều khiển sự tái ion hóa vũ trụ,”. Trịnh Xuân Thuận nói. “Đây là những quan sát rất quan trọng trong quá trình quay lại thời kì sơ khai của vũ trụ. Chúng đã mở đường cho những quan sát trong tương lai với kế thừa của Hubble, kính thiên văn James Webb, được lên kế hoạch phóng vào năm 2018, mong đợi sẽ tạo nên một cuộc cách mạng trong lĩnh vực này với khả năng cập nhật chi tiết những thiên hà đầu tiên và các nguồn gốc của sự tái ion hóa vũ trụ.”
Thu Trang
Theo Science Daily
