Kính viễn vọng James Webb phát hiện 300 vật thể bí ẩn thách thức hiểu biết về vũ trụ sơ khai

Trong một nghiên cứu gần đây, nhóm khoa học này đã khảo sát những vùng xa xôi của vũ trụ và có một phát hiện đầy bất ngờ. Bằng cách phân tích hình ảnh hồng ngoại do James Webb chụp, họ phát hiện 300 vật thể sáng hơn nhiều so với dự kiến.

Các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA đã phát hiện 300 vật thể bí ẩn, có thể là một số thiên hà sơ khai nhất của vũ trụ. Nếu được xác nhận, sự tồn tại của chúng có thể định hình lại hiểu biết của chúng ta về cách các thiên hà hình thành ban đầu. (Ý tưởng của họa sĩ). Nguồn: SciTechDaily.com

“Những vật thể bí ẩn này là những thiên hà tiềm năng trong vũ trụ sơ khai, nghĩa là chúng có thể là những thiên hà rất sơ khai. Nếu chỉ một vài trong số những vật thể này đúng như chúng ta nghĩ, khám phá của chúng tôi có thể thách thức những quan niệm hiện tại về cách các thiên hà hình thành trong vũ trụ sơ khai - giai đoạn mà những ngôi sao và thiên hà đầu tiên bắt đầu hình thành”, Haojing Yan, giáo sư thiên văn học tại Trường Cao đẳng Nghệ thuật và Khoa học Mizzou, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

Thiết bị hồng ngoại mở đường cho nghiên cứu vũ trụ sơ khai

Theo các nhà khoa học, việc xác định bản chất của những vật thể xa xôi không thể tiến hành ngay lập tức, mà cần một quá trình tỉ mỉ, nhiều giai đoạn, kết hợp công nghệ tiên tiến, phân tích kỹ lưỡng và cả một lượng lớn công sức của các “thám tử thiên văn”.

Nhóm nghiên cứu tại Mizzou bắt đầu với hai thiết bị hồng ngoại tiên tiến của James Webb: Camera cận hồng ngoại và Thiết bị hồng ngoại trung. Đây là những công cụ được chế tạo để thu thập ánh sáng từ các vùng xa nhất của vũ trụ, và vì vậy trở thành yếu tố thiết yếu trong việc nghiên cứu vũ trụ sơ khai. Lý do tập trung vào ánh sáng hồng ngoại là bởi vật thể càng xa Trái Đất thì ánh sáng của nó càng mất nhiều thời gian để di chuyển, đồng thời bị kéo dãn sang phần hồng ngoại của quang phổ khi tới nơi.

“Khi ánh sáng từ những thiên hà sơ khai này di chuyển trong không gian, nó trải dài thành những bước sóng dài hơn - chuyển từ ánh sáng khả kiến sang hồng ngoại. Sự kéo dài này được gọi là dịch chuyển đỏ, và nó giúp chúng ta xác định được khoảng cách của những thiên hà này. Độ dịch chuyển đỏ càng cao, thiên hà càng xa Trái Đất, và càng gần với thời điểm khởi đầu của vũ trụ”, ông Yan giải thích.

Đồ họa cho thấy các vật thể bí ẩn trong vũ trụ mà các nhà nghiên cứu tại Đại học Missouri đã xác định được trong nghiên cứu của họ. Nguồn: Bangzheng “Tom” Sun/Đại học Missouri

Áp dụng kỹ thuật bỏ qua trong tìm kiếm

Để làm rõ danh tính của 300 thiên hà sơ khai tiềm năng, các nhà nghiên cứu tại Mizzou đã áp dụng một phương pháp đã được sử dụng từ lâu, gọi là kỹ thuật bỏ qua (dropout). Bangzheng “Tom” Sun, nghiên cứu sinh tiến sĩ làm việc cùng giáo sư Yan và là tác giả chính của công trình, cho biết: “Kỹ thuật này có thể phát hiện các thiên hà có độ dịch chuyển đỏ cao bằng cách tìm kiếm các vật thể xuất hiện ở bước sóng đỏ hơn nhưng biến mất ở bước sóng xanh hơn - một dấu hiệu cho thấy ánh sáng của chúng đã truyền qua khoảng cách và thời gian rất xa. Hiện tượng này là dấu hiệu của ‘Vỡ Lyman’, một đặc điểm quang phổ do sự hấp thụ ánh sáng cực tím của hydro trung tính. Khi độ dịch chuyển đỏ tăng lên, dấu hiệu này chuyển sang bước sóng đỏ hơn”.

Giáo sư Yan cho biết thêm rằng, mặc dù kỹ thuật bỏ qua có thể xác định từng ứng viên thiên hà, song bước tiếp theo là kiểm tra xem liệu chúng có thực sự nằm ở độ dịch chuyển đỏ “rất” cao hay không. Ông nói: “Lý tưởng nhất là thực hiện việc này bằng phương pháp quang phổ, một kỹ thuật phân tán ánh sáng trên nhiều bước sóng khác nhau để xác định các dấu hiệu cho phép xác định độ dịch chuyển đỏ chính xác”.

Quang phổ - tiêu chuẩn vàng để xác nhận thiên hà sơ khai

Trong trường hợp không có dữ liệu quang phổ đầy đủ, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp khớp phân bố năng lượng quang phổ. Phương pháp này đã cung cấp cho 2 nhà khoa học Sun và Yan cơ sở để ước tính độ dịch chuyển đỏ của các ứng viên thiên hà - cùng với các đặc tính khác như tuổi và khối lượng. Trước đây, nhiều nhà khoa học thường cho rằng những vật thể cực sáng này không phải là thiên hà sơ khai mà chỉ là những hiện tượng khác mô phỏng chúng. Tuy nhiên, dựa trên kết quả nghiên cứu mới, hai nhà khoa học Sun và Yan tin rằng những vật thể này xứng đáng được nghiên cứu sâu hơn và không nên bị loại trừ quá sớm.

Giáo sư Yan nhấn mạnh: “Ngay cả khi chỉ một số ít trong số những vật thể này được xác nhận là tồn tại trong vũ trụ sơ khai, chúng cũng sẽ buộc chúng ta phải sửa đổi các lý thuyết hiện có về sự hình thành thiên hà”.

Theo các nhà nghiên cứu, bài kiểm tra cuối cùng vẫn sẽ dựa vào phương pháp quang phổ - được coi là tiêu chuẩn vàng - để xác nhận những phát hiện này. Quang phổ học có khả năng phân tách ánh sáng thành các bước sóng khác nhau, giống như cách lăng kính phân tách ánh sáng thành cầu vồng màu sắc. Từ đó, các nhà khoa học có thể khám phá dấu vân tay quang phổ độc đáo của một thiên hà, cho biết nó đã hình thành như thế nào, bao nhiêu tuổi và được cấu tạo từ những gì.

“Một trong những vật thể của chúng tôi đã được xác nhận bằng quang phổ là một thiên hà sơ khai. Nhưng chỉ riêng vật thể này thôi là chưa đủ. Chúng tôi sẽ cần thêm những xác nhận nữa để khẳng định chắc chắn liệu các lý thuyết hiện tại có đang bị thách thức hay không" - ông Sun cho biết.

La Khê (Theo SciTech Daily)