Các thiên hà "Starburst" có thể giải đáp bí ẩn về buổi bình minh của vũ trụ do Kính viễn vọng Webb nêu ra

Du hành xuyên không gian là du hành xuyên thời gian. Ví dụ, nếu các nhà thiên văn học nhìn vào một ngôi sao cách xa 100 năm ánh sáng, họ sẽ thấy nó giống như cách đây 100 năm vì ánh sáng của nó mất nhiều thời gian để đến được chúng ta. Vì vậy, khi bạn kéo nó ra tận rìa của vũ trụ quan sát được, bạn thực sự có thể nhìn vào quá khứ hơn 12 tỷ năm trước -- thời kỳ được gọi là "bình minh vũ trụ" khi những ngôi sao đầu tiên bốc cháy và hình thành các thiên hà sơ khai.

Kính viễn vọng James Webb là kính viễn vọng đầu tiên đủ mạnh để nhìn xa vào không gian và thời gian. Các nhà thiên văn học kỳ vọng sẽ nhìn thấy các "tiền thiên hà" vẫn đang hình thành, nhưng thật ngạc nhiên, các thiên hà được kính thiên văn phát hiện có vẻ khá tiên tiến và trưởng thành, tương tự như các thiên hà ngày nay. Và không chỉ một hoặc hai ngoại lệ, mà là hàng chục. Điều này không chỉ kỳ lạ mà còn có khả năng nâng cao toàn bộ hiểu biết của chúng ta về cách các thiên hà hình thành và thậm chí có thể đặt ra câu hỏi về chính Mô hình Chuẩn của Vũ trụ học.

Vì vậy, trong nghiên cứu mới này, một nhóm các nhà vật lý thiên văn do Đại học Northwestern dẫn đầu đã sử dụng mô phỏng máy tính mạnh mẽ để nghiên cứu các ý tưởng khác. Trong quá trình đó, họ phát hiện ra khả năng tạo ra tín hiệu phù hợp với quan sát của James Webb.

Cách dễ nhất để ước tính khối lượng và kích thước của một thiên hà, đặc biệt là từ khoảng cách xa, là xem xét độ sáng của nó, đó là điều mà Webb đã làm cho các thiên hà đầu tiên được phát hiện. Nhưng mô phỏng của nhóm cho thấy các thiên hà vào buổi bình minh của vũ trụ có thể đạt cùng mức độ sáng với khối lượng thấp hơn nhiều - tất cả những gì chúng phải làm là trải qua thời kỳ hình thành sao nhanh chóng, đó chính xác là những gì các thiên hà mô phỏng đã tự làm.

Sun Guochao, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: "Điều quan trọng là tái tạo đủ lượng ánh sáng trong một hệ thống trong thời gian ngắn. Điều này xảy ra là do hệ thống đó rất lớn hoặc vì nó có khả năng tạo ra lượng ánh sáng lớn một cách nhanh chóng. Trong trường hợp sau, hệ thống không cần phải lớn đến thế. Nếu quá trình hình thành sao xảy ra dồn dập, nó sẽ phát ra ánh sáng. Đây là lý do tại sao chúng ta thấy một số ngôi sao rất sáng. "

Các thiên hà hiện đại như Dải Ngân hà có xu hướng cho thấy sự hình thành sao ổn định theo thời gian, nhưng các mô phỏng cho thấy các thiên hà ban đầu có khối lượng thấp hơn có nhiều khả năng trải qua giai đoạn "nổ sao", sau đó là một thời kỳ tương đối yên tĩnh cho đến khi những ngôi sao già này chết và thúc đẩy sự hình thành thế hệ sao tiếp theo.

Claude-André Faucher-Giguère, tác giả cấp cao của nghiên cứu, cho biết: "Hầu hết ánh sáng trong một thiên hà đến từ những ngôi sao lớn nhất. Bởi vì những ngôi sao có khối lượng lớn hơn sẽ cháy nhanh hơn và do đó có thời gian sống ngắn hơn. Chúng sử dụng hết nhiên liệu nhanh chóng trong các phản ứng hạt nhân. Do đó, độ sáng của một thiên hà liên quan trực tiếp hơn đến số lượng sao mà nó hình thành trong vài triệu năm qua hơn là khối lượng của toàn bộ thiên hà." "

Tất nhiên, chỉ vì khả năng mô phỏng là có thể, điều đó không có nghĩa đó là cách vũ trụ thực sự diễn ra. Sử dụng các kỹ thuật khác để đo khối lượng của các thiên hà này, các quan sát tiếp theo từ kính thiên văn Webb có thể giúp xác nhận giả thuyết vụ nổ sao và mang lại sự nhẹ nhõm cho Mô hình Chuẩn của vũ trụ học. Rốt cuộc, làm thế nào sự hình thành các vụ nổ sao có thể giải thích sự xuất hiện của các cấu trúc bậc cao khác, chẳng hạn như các thiên hà bị ngăn cản, sớm hơn mức lẽ ra chúng phải có?

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn.