Sử dụng hết giới hạn khả năng của kính thiên văn không gian Hubble, các nhà thiên văn học đã phá kỉ lục khoảng cách để quan sát được thiên hà xa nhất từng biết tới trong vũ trụ. Thiên hà này tồn tại từ thời điểm chỉ 400 triệu năm sau Big Bang và mang lại những cái nhìn mới về thế hệ thiên hà đầu tiên. Đây là lần đầu tiên khoảng cách của một thiên thể xa như vậy đo được nhờ quang phổ của nó.
Sử dụng kính thiên văn không gian Hubble của NASA và ESA, một nhóm thiên văn quốc tế đã đo được khoảng cách của thiên hà có tên GN-z11 này. Mặc dù cực mờ, thiên hà này thực sự sáng bất thường nếu như xét đến khoảng cách của nó đối với Trái Đất. Phép đo khoảng cách của thiên hà này cung cấp thêm những bằng chứng mạnh mẽ rằng những thiên hà sáng bất thường khác trong những bức ảnh trước của Hubble thực sự là những thiên hà ở khoảng cách rất xa, điều đó cho thấy chúng ta đang tiến rất gần tới những thiên hà đầu tiên được tạo thành trong vũ trụ.
Trước đây, các nhà thiên văn đã ước tính khoảng cách của GN-z11 bằng cách phân tích màu sắc của nó trong những bức ảnh được chụp bởi cả hai kính là Hubble và kính không gian Spitzer của NASA. Giờ đây, nhóm nghiên cứu đã lần đầu tiên đo chính xác được khoảng cách này bằng cách sử dụng Camera trường rộng số 3 của Hubble (WFC3) và phân tách ánh sáng thu được ra các màu thành phần của nó.
"Các quan sát quang phổ của chúng tôi hé lộ rằng thiên hà này thậm chí còn ở xa hơn so với những suy nghĩ ban đầu của chúng tôi, ở ngay giới hạn khoảng cách mà Hubble có thể quan sát", Gabriel Brammer ở Viện khoa học kính thiên văn không gian nói.
Điều này đặt GN-z11 vào khoảng cách mà trước đây được cho rằng chỉ có thể quan sát bằng kính thiên văn không gian James Webb (JWST) của NASA, ESA và CSA sẽ được sử dụng tới đây.
"Chúng tôi đã tiến một bước quan trọng ngược thời gian, xa hơn cả những gì chúng tôi từng trông đợi đói với Hubble. Chúng tôi đã có thể nhìn vào quá khứ và đo khoảng cách của một thiên hà vào thời điểm vũ trụ mới được 3% tuổi hiện nay của nó", Pascal Oesch ở Đại học Yale, New Haven, Connecticut cho biết.
Để xác định các khoảng cách lớn như đối với GN-z11, các nhà thiên văn học đo dịch chuyển đỏ của đối tượng được quan sát. Hiện tượng này là hệ quả của sự giãn nở của vũ trụ. Mọi vật thể ở xa trong vũ trụ đều đang dịch chuyển ra xa chúng ta và do đó bước sóng ánh sáng đến từ chúng bị kéo dài hơn, gần hơn về phía đỏ.
Trước khi cá nhà thiên văn xác định được khoảng cách của GN-z11, thiên hà xa nhất từng được đo là EGSYp7 có độ dịch chuyển đỏ là 8,68. Hiện nay, nhóm nghiên cứu đã xác nhận được độ dịch của GN-z11 là 11,1 - tương ứng với thời điểm 400 triệu năm sau Big Bang.
"Thiên hà giữ kỉ lục trước đây được quan sát ở khoảng thời gian giữa một giai đoạn kho bức xạ từ các sao của những thiên hà nguyên thủy bắt đầu làm nóng những đám mây hydro lạnh", Rychard Bouwens ở Đại học Leiden, Hà Lan cho biết. "Giai đoạn chuyển tiếp này được gọi là thời kì tái ion hóa. GN-z11 được quan sát vào thời điểm sớm 150 triệu năm, ở ngay gần thời điểm khởi đầu của sự chuyển tiếp trong quá trình tiến hóa vũ trụ."
Hình ảnh minh họa của NASA cho thấy thời điểm được quan sát của GN-z11 rất gần Big Bang
Kết hợp quan sát của Hubble và Spitzer hé lộ rằng đây là một thiên hà sơ sinh nhỏ hơn 25 lần so với Milky Way và khối lượng tập trung trong các sao chỉ bằng 1% khối lượng của thiên hà chúng ta. Tuy nhiên, số lượng sao trong thiên hà mới sinh này tăng lên rất nhanh, với tốc độ gấp 20 lần so với tốc độ tạo sao của Milky Way hiện nay. Tốc độ tạo sao cao này khiến cho thiên hà xa xôi này đủ sáng để có thể được quan sát bởi Hubble.
Tuy nhiên, khám phá này cũng làm xuất hiện nhiều câu hỏi mới về việc có những thiên hà tồn tại không như dự đoán của lý thuyết. "Thật kì lạ là một thiên hà rất nặng tồn tại ở thời điểm chỉ 200 đến 300 triệu năm sau khi những ngôi sao đầu tiên được tạo thành. Nó đòi hỏi tốc độ tạo sao rất cao để có thể tạo nên một thiên hà với khối lượng hàng tỷ lần Mặt Trời sớm như vậy", Garth Illingworth ở Đại học California, Santa Cruz nói.
Marijn Franx, một thành viên nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Leiden nói: "Khám phá GN-z11 là một ngạc nhiên lớn cho chúng tôi khi mà các nghiên cứu sớm hơn của chúng tôi gợi ý rằng những thiên hà sáng như vậy không thể tồn tại quá sớm trong vũ trụ." Một đồng nghiệp của ông là Ivo Labbe bổ sung: "Khám phá này cho chúng ta thấy rằng hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai vẫn còn bị hạn chế. GN-z11 đã được tạo thành ra sao vẫn còn là một thứ gì đó bí ẩn lúc này. Có lẽ chúng ta đang nhìn thấy thế hệ sao đầu tiên hình thành quanh các lỗ đen chăng?"
Phát hiện mới mang lại một gợi mở đầy khiêu khích đối với những quan sát mà kính thiên văn không gian James Webb sẽ thực hiện. "Khám phá này cho thấy James Webb chắc chắn sẽ tìm thấy nhiều thiên hà trẻ như vậy khi quan sát vào thời điểm khi những thiên hà đầu tiên hình thành." Illingworth kết luận.
Trong video dưới đây của Hubble, chúng ta có thể thấy vị trí của thiên hà GN-z11 đã được Hubble quan sát. Trên bầu trời, nó nằm trong khu vực nhóm sao Big Dipper (trong văn hóa phương Đông gọi là chòm sao Bắc Đẩu Thất Tinh) - một phần của chòm sao Ursa Major (Gấu Lớn). Thiên hà này được quan sát ở thời điểm sau Big Bang chỉ 400 triệu năm.
Bryan
Theo Astronomy
