Khoảng 13 tỷ năm trước, vũ trụ bắt đầu thay đổi từ giai đoạn hoàn toàn tối tăm để bước sang lúc bình minh của nó. Khi các thiên hà sáng lên nhờ các sao, chúng thay đổi thành phần hóa học của vật chất xung quanh, cho phép ánh sáng truyền đi khắp vũ trụ.
Nhìn vào giai đoạn đó rất khó. Nhưng với những kính thiên văn hiện nay có thể nhìn xa tới hàng tỷ năm ánh sáng - đồng nghĩa với việc nhìn vào quá khứ hàng tỷ năm, các nhà khoa học đang có được những cái nhìn rõ ràng hơn về vũ trụ sơ khai.
Trong báo cáo hôm chủ nhật ở hội nghị lần thứ 235 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ, các nhà thiên văn học do Vithal Tilvi ở Đại học bang Arizona đứng đầu đã thông báo về nhóm thiên hà xa nhất từng được phát hiện. Những cấu trúc sáng và trẻ này đang trong giai đoạn xua tan sương mù của vũ trụ sơ khai, cho các nhà thiên văn học thấy được cách mà bóng tối được thay thế bởi ánh sáng trong giai đoạn sớm của vũ trụ chúng ta.
Chiếu sáng vũ trụ
Trong giai đoạn mà các nhà khoa học gọi là "thời kỳ tối" của vũ trụ - một giai đoạn bắt đầu khoảng nửa tỷ năm sau Big Bang, hydro đang chiếm ưu thế hoàn toàn trong vũ trụ khi đó đang ở dạng trung hòa (có một proton và một eclectron).
Hydro trung hòa làm tán xạ ánh sáng giống như đèn xe chiếu qua sương mù, vì vậy khi vũ trụ đươc lấp đầy bởi thứ đó, nó rất khó để có thể nhìn xuyên qua. Khi những thiên hà đầu tiên bắt đầu tạo sao, những ngôi sao trẻ và sáng này phát ra ánh sáng mang năng lượng cao. Ánh sáng từ các sao làm ion hóa hydro quanh chúng, đánh bật các electron ra khỏi nguyên tử hydro. Hydro ion hóa không còn làm tán xạ ánh sáng nữa, vì thế khoảng 1 tỷ năm sau Big Bang, sương mù đã tan và ánh sáng có thể di chuyển tự do.
"Việc đó gần giống như một mặt hồ đóng băng tan chảy ra vào mùa xuân: Vật chất vẫn ở đó, vẫn những nguyên tử đó, nhưng các điều kiện vật lý của chúng đã thay đổi," thành viên nhóm nghiên cứu là James Rhoads ở trung tâm không gian Goddard của NASA cho biết. "Chúng thay đổi đặc tính của mình theo một cách không hề lặp lại trong 13 tỷ năm sau đó."
Thổi căng bong bóng
Mặc dù các nhà thiên văn học đã nỗ lực trong việc tìm hiểu về quá trình chuyển đổi thường được gọi là giai đoạn tái ion hóa này, họ vẫn chưa biết được chính xác xem nó đã xảy ra như thế nào.
Theo các mô phỏng, những thiên hà sớm ion hóa môi trường xung quanh trong những bong bóng liên kết với nhau cho tới khi tòa bộ vũ trụ đã được ion hóa. Nhưng những mô phỏng này mang lại nhiều khả năng khác nhau về quá trình tái ion hóa.
Để xác định xem đâu là kịch bản đã xảy ra, nhóm nghiên cứu sử dụng máy ảnh hồng ngoại trường cực rộng (viết tắt là NEWFIRM) của Đài thiên văn quang học quốc gia (Mỹ) được gắn với kính thiên văn Mayall rộng 4 mét trên đỉnh Kitt để tìm kiếm một bước sóng đặc biệt của ánh sáng. Bước sóng này được gọi là Lyman-alpha, phát ra bởi các sao và thiên hà trẻ. Mặc dù ánh sáng đầu tiên được phát ra ở bước sóng tử ngoại, nó đã bị dịch chuyển đỏ, hay nói cách khác là bước sóng của nó bị kéo giãn theo thời gian và do đó ngày nay các nhà thiên văn cần tìm kiếm bước sóng hồng ngoại. Bất cứ thiên hà nào trong khảo sát này đều cần đã ion hóa khu vực xung quanh chúng để ánh sáng ở bước sóng Lyman-alpha xuyên qua thay vì bị tán xạ.
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện được ba thiên hà ở xa phù hợp với những gì họ tìm kiếm. Chúng là ba thiên hà ở gần, tạo thành một nhóm thiên hà được ký hiệu là EGS77. Đây là nhóm thiên hà xa nhất từng được nhìn thấy. Vì nhìn vào các thiên hà xa cũng giống như nhìn ngược vào quá khứ, các nhà thiên văn học đã quan sát được nó vào thời điểm chỉ 680 triệu năm sau Big Bang, khi mà vũ trụ chỉ mới đạt 5% số tuổi hiện tại.
Mỗi thiên hà đều đang thổi căng một bong bóng chứa đầy hydro ion hóa với kích thước khoảng 2 tới 3 triệu năm ánh sáng. Kích thước đó đủ lớn để ánh sáng có thể tự do thoát khỏi khu vực đó.
Hơn thế nữa, các bong bóng đó lớn tới mức chúng tạo thành những vùng lớn hơn trong không gian chứa đầy hydro đã ion hóa bao quanh nhóm thiên hà.
EGS77 là nhóm thiên hà đầu tiên được phát hiện và quan sát vào giai đoạn tái ion hóa. Phát hiện này mở ra một cánh cửa mới tới sự hiểu biết rõ ràng hơn về giai đoạn chuyển tiếp vốn rất khó quan sát này của vũ trụ.
Nó sẽ giúp các nhà thiên văn học tìm ra chính xác cách mà các sao và thiên hà đầu tiên ra đời và phát triển, mà từ đó ánh sáng của chúng đã thay đổi vũ trụ vĩnh viễn.
Bryan
Theo Astronomy
