Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) đã phát hiện ra một trong những thiên hà lâu đời nhất trong vũ trụ - một hệ thống các ngôi sao được hình thành chỉ 390 triệu năm sau Vụ nổ lớn (khoảng 13,8 tỷ năm trước)...
Được hình thành từ 390 triệu năm sau Vụ nổ lớn, nó được đặt tên là thiên hà Maisie theo tên con gái của nhà thiên văn học đã phát hiện ra nó lần đầu tiên vào ngày sinh nhật của cô.
Các nhà khoa học cho biết đây là một trong 4 thiên hà sớm nhất từng được nhìn thấy — mặc dù họ hiện đang đánh giá khoảng 10 thiên hà khác có thể có từ thời đại thậm chí còn sớm hơn thời đại của Maisie.
Steven Finkelstein, người đứng đầu nghiên cứu do Đại học Texas dẫn đầu cho biết tại Austin cho biết: “Điều thú vị về thiên hà của Maisie là một trong những thiên hà xa xôi đầu tiên được JWST xác định và trong tập hợp đó, nó là thiên hà đầu tiên được xác nhận bằng phương pháp quang phổ”.
Cách các nhà thiên văn học xác định tuổi của một thiên hà rất phức tạp. Nó liên quan đến việc xác định thời điểm ánh sáng rời khỏi một vật thể, được tính toán bằng cách đo độ dịch chuyển đỏ của thiên hà. Đây là mức độ mà màu sắc của nó đã thay đổi do chuyển động của nó ra khỏi Trái đất.
JWST tiêu tốn 10 tỷ USD (7,4 tỷ bảng Anh) để xây dựng và được phóng vào tháng 12/2021 từ Sân bay vũ trụ của châu Âu gần Kourou, Guiana thuộc nước Pháp. Mục tiêu cuối cùng của nó là nhìn ngược thời gian sâu hơn 13,5 tỷ năm đến một điểm chỉ trong vòng 100 - 200 triệu năm sau Vụ nổ lớn.
Khi ước tính tuổi của thiên hà Maisie, Finkelstein và nhóm của ông trước tiên dựa trên sự dịch chuyển đỏ trên phép trắc quang, đó là độ sáng của ánh sáng trong ảnh sử dụng một số lượng nhỏ bộ lọc tần số rộng.
Điều này mang lại cho họ một ý tưởng sơ bộ nhưng để đưa ra ước tính chính xác hơn, họ cần áp dụng các phép đo mới từ thiết bị quang phổ của JWST, NIRSpec (Máy quang phổ cận hồng ngoại).
Điều này chia ánh sáng của một vật thể thành nhiều tần số hẹp khác nhau để xác định chính xác hơn thành phần hóa học, nhiệt lượng tỏa ra, độ sáng nội tại và chuyển động tương đối của nó.
Theo phân tích quang phổ mới nhất này, thiên hà của Maisie đang ở độ dịch chuyển đỏ z=11,4. Các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu một thiên hà có tên CEERS-93316, ban đầu được ước tính hình thành chỉ 250 triệu năm sau Vụ nổ lớn.
Tuy nhiên, sau khi tiến hành phân tích tiếp theo, rõ ràng là CEERS-93316 có độ dịch chuyển đỏ khiêm tốn hơn là z=4,9, tương đương với khoảng 1 tỷ năm sau khi vũ trụ được tạo ra.
Dịch chuyển đỏ là một hiện tượng vật lý, trong đó ánh sáng phát ra từ các vật thể đang chuyển động ra xa khỏi người quan sát sẽ đỏ hơn. Hiện tượng này là hệ quả của hiệu ứng Doppler, khi các vạch phổ trong phần ánh sáng biểu kiến chuyển dịch về phía phổ đỏ do tần số sóng điện từ (của ánh sáng, sóng vô tuyến...) của các thiên hà, quasar hay các thiên thể xa khác bị giảm xuống. Từ đó mà xuất hiện tên "chuyển dịch đỏ". Chuyển dịch đỏ càng lớn thì vật thể quan sát chuyển động ra xa khỏi người quan sát càng nhanh.
Lý do tính toán ban đầu sai là do các nhà khoa học sau đó phát hiện ra rằng khí nóng trong CEERS-93316 phát ra quá nhiều ánh sáng trong một vài dải tần số hẹp kết hợp với oxy và hydro khiến thiên hà có vẻ xanh hơn nhiều so với thực tế.
Màu xanh này bắt chước dấu hiệu mà các nhà thiên văn học mong đợi nhìn thấy ở các thiên hà sơ khai. Tuy nhiên, nó thực sự là một điểm bất thường của phương pháp trắc quang khi chỉ xảy ra đối với các đối tượng có dịch chuyển đỏ khoảng z=4,9.
"Đây là một trường hợp kỳ lạ. Trong số hàng chục ứng cử viên dịch chuyển đỏ cao đã được quan sát bằng phương pháp quang phổ, đây là trường hợp duy nhất của dịch chuyển đỏ thực sự ít hơn nhiều so với dự đoán ban đầu của chúng tôi”, Steven Finkelstein cho biết thêm.
Thiên hà không chỉ có màu xanh bất thường ở bề ngoài mà còn sáng hơn nhiều so với các mô hình hiện tại dự đoán về các thiên hà hình thành quá sớm trong vũ trụ.
