Giờ đây chúng ta đã có được dữ liệu đầu tiên do Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) chụp được. JWST đã quan sát thấy khí quyển của những hành tinh ở xa, các nhóm thiên hà lân cận Milky Way, ánh sáng từ các thiên hà bị bẻ cong bởi vật chất tối vô hình cùng các đám mây khí và bụi trong những vườn ươm sao.
Chúng tôi cũng từng thấy có những tiêu đề viết rằng Webb đã phát hiện “các thiên hà lâu đời nhất mà chúng ta từng nhìn thấy”, nhưng nó có nghĩa là gì?
Là một nhà thiên văn chuyên nghiên cứu về các thiên hà lâu đời mà tôi còn thấy điều này hơi khó hiểu.
Nhìn sâu vào không gian, nhìn ngược về thời gian
Một trong những mục tiêu khoa học quan trọng của Webb là nhìn ngược về quá khứ và quan sát thời kỳ vũ trụ sơ khai. Webb có thể làm được điều này vì cũng giống như tất cả các kính thiên văn khác, nó là một cỗ máy thời gian.
Ánh sáng di chuyển với vận tốc 300.000 km/s, vì vậy khi nhìn vào Mặt Trăng, chúng ta sẽ thấy nó giống như cách đây một giây. Còn khi nhìn vào các hành tinh trong Hệ Mặt Trời cách chúng ta hàng triệu hoặc hàng tỷ km thì tức chúng ta đang nhìn thấy chúng vài phút hoặc vài giờ trước.
Xa hơn nữa, khi chúng ta nhìn vào các thiên hà ở xa bằng kính thiên văn thì thường chúng ta chỉ đang nhìn thấy ánh sáng đã mất hàng triệu hoặc hàng tỷ năm để tới được với chúng ta. Điều này có nghĩa là chúng ta đang quan sát những thiên hà này ở thời điểm hàng triệu hoặc hàng tỷ năm trước.
Vậy James Webb đã thấy những gì?
JWST có thể nhìn thấy các thiên hà ở xa hơn nhiều so với các kính thiên văn khác, kể cả Kính thiên văn Không gian Hubble.
Cũng giống như Hubble, Webb nằm phía trên bầu khí quyển phát sáng và nhiễu loạn của Trái Đất. Tuy nhiên, trong khi Hubble có một gương đường kính 2,3m để hội tụ ánh sáng thì Webb có một gương chính rộng tới 6,5m được ghép từ 18 gương hình lục giác. Cuối cùng, Webb được tối ưu hóa để phát hiện ánh sáng ở dải hồng ngoại, đó là những gì chúng ta quan sát được từ các thiên hà ở xa nhất khi mà sự giãn nở của vũ trụ đã kéo dài bước sóng ánh sáng ở dải tử ngoại và hồng ngoại sang vùng hồng ngoại.
Trong số những dữ liệu đầu tiên mà Webb thu được đó là những hình ảnh ở dải bước sóng hồng ngoại của một cụm thiên hà có tên là SMACS 0723 (nằm trong chòm sao Volans)
Ánh sáng từ SMACS 0723 đã mất 4,6 tỷ năm để tới được với chúng ta, vì vậy chúng ta đang nhìn thấy nó như ở thời điểm 4,6 tỷ năm trước. Cụm thiên hà này già hơn Mặt Trời và Trái Đất một chút khi mà Hệ Mặt Trời chỉ mới hình thành cách đây 4,56 tỷ năm.
Trong những tuần gần đây, các thiên hà được phát hiện ở xa hơn SMACS 0723 đã thu hút được nhiều sự chú ý. Webb đã tìm thấy một số thiên hà khi nhìn theo hướng của SMACS 0723 và các khu vực khác có thể ở rất xa nên ánh sáng từ chúng đã mất 13,5 tỷ năm mới tới được với chúng ta.
Tôi nói “có thể” là vì sẽ cần nhiều dữ liệu hơn để xác nhận chính xác khoảng cách của chúng, nhưng một vài thiên hà trong số này sẽ là những ứng viên sáng giá (những thiên hà khác thì ít hơn).
Vì ánh sáng phải mất 13,5 tỷ năm để tới được với chúng ta nên chúng ta đang nhìn thấy những thiên hà này ở thời điểm cách đây 13,5 tỷ năm. Bản thân tuổi của vũ trụ đã là 13,8 tỷ năm, vì vậy đây là dịp chúng ta có thể nhìn thấy các thiên hà hình thành chỉ vài trăm triệu năm sau Big Bang.
Trẻ, già hay sớm?
Mặc dù những thiên hà ở rất xa này đã được tin là “những thiên hà lâu đời nhất” nhưng tôi cảm thấy điều này hơi khó hiểu vì thực sự chúng ta đang nhìn thấy chúng ở thời điểm còn rất trẻ, có lẽ chỉ khoảng 100 triệu năm tuổi hoặc lâu hơn chút.
Thiên hà Maisie có thể là một trong những thiên thể xa nhất chưa từng được quan sát (Bản quyền hình ảnh: Steve Finkelstein / Twitter).
Đúng là bây giờ những thiên hà này sẽ già đi, nhưng bản thân thiên hà Milky Way của chúng ta hiện cũng được xem là thiên hà lâu đời. Trong khi Mặt Trời của chúng ta chỉ 4,56 tỷ năm tuổi thì nhiều sao trong Milky Way đã 10 tỷ năm tuổi và một số sao khác là 13 tỷ năm tuổi.
Hơn nữa, những thiên hà ở rất xa mà Webb đã tìm thấy này sẽ trông rất khác so với ngày nay. Chúng sẽ phát triển bằng cách thu gom khí và vật chất tối để hình thành các sao mới và hợp nhất với các thiên hà khác.
Một thiên hà nhỏ đang hình thành sao mạnh mẽ ngay sau Big Bang có thể đã trở thành hạt giống của một thiên hà khổng lồ ngày nay và ngừng hình thành sao từ lâu. Thiên hà nhỏ đó và các ngôi sao cũ của nó cũng có thể chỉ là một phần của một thiên hà lớn hơn được hình thành tương đối gần đây từ các vụ sáp nhập thiên hà.
Một kỷ lục được thiết lập để thu hẹp
Vậy chúng ta nên gọi những thiên hà ở xa nhất này là trẻ hay già? Có lẽ cũng không thể gọi được cả hai.
James Webb đang nhìn thấy những thiên hà sớm nhất chưa từng được quan sát - một số thiên hà đầu tiên hình thành ngay sau Big Bang.
Tôi xin nhấn mạnh lần cuối - “chưa từng được quan sát” vì Webb chỉ mới bắt đầu sứ mệnh của nó và các phân tích hiện tại cần dựa trên dữ liệu thu thập được trong nhiều giờ.
Với lượng dữ liệu thu thập được mỗi ngày thì Webb sẽ hướng tầm nhìn của nó tới các thiên thể mờ hơn và ở xa hơn đồng thời sẽ quan sát các thiên hà ở xa hơn nữa. Kỷ lục về thiên hà xa nhất và được quan sát sớm nhất có thể sẽ được thay thế trong năm nay.
Hồng Anh
Dịch từ bài của Michael J. I. Brown đăng trên The Conversation.
