Kính viễn vọng Không gian James Webb cho phép các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng khoảng 12 tỷ năm trước, hầu hết các thiên hà sơ khai đều chứa khí phát sáng tỏa sáng hơn các ngôi sao do tương tác với các thiên hà lân cận. Bước đột phá này cung cấp những hiểu biết mới về sự tiến hóa của thiên hà và vũ trụ sơ khai, nêu bật tác động biến đổi của JWST đối với vật lý thiên văn.

Những hình ảnh mới từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) đã cho phép các nhà thiên văn học Úc khám phá bí mật về cách các thiên hà bắt đầu vụ nổ hình thành sao trong vũ trụ sơ khai.

Một số thiên hà ban đầu chứa nhiều khí đến mức chúng phát ra nhiều ánh sáng hơn những ngôi sao mới hình thành. Trong một nghiên cứu mới, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra mức độ phổ biến của những thiên hà sáng này vào khoảng 12 tỷ năm trước.

Hình ảnh từ JWST cho thấy gần 90% thiên hà trong vũ trụ sơ khai có loại khí phát sáng này, tạo ra cái gọi là "dấu hiệu vạch phát xạ cực đoan".


Hình ảnh của một thiên hà có vạch phát xạ cực xa ở xa. Chụp ảnh bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb (trái) và Kính viễn vọng Không gian Hubble (phải). Độ tương phản làm nổi bật độ rõ nét của hình ảnh JWST. Nguồn: Trung tâm xuất sắc ARC về Vật lý thiên văn trên bầu trời theo ba chiều (ASTRO3D).

"Các ngôi sao trong những thiên hà trẻ này đặc biệt ở chỗ chúng tạo ra lượng bức xạ vừa đủ để kích thích khí xung quanh. Khí này lại tỏa sáng sáng hơn chính các ngôi sao đó", Tiến sĩ Anshu Gupta từ nút Đại học Curtin thuộc Trung tâm Xuất sắc ARC về Vật lý thiên văn toàn bầu trời theo ba chiều (ASTRO3D) và Trung tâm Nghiên cứu Thiên văn Vô tuyến Quốc tế (ICRAR) cho biết, và tác giả đầu tiên của một bài báo mô tả khám phá.

"Cho đến nay, việc hiểu làm thế nào các thiên hà này tích tụ nhiều khí đến vậy vẫn còn khó khăn. Phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng mỗi thiên hà này có ít nhất một thiên hà ở gần. Tương tác giữa các thiên hà này khiến khí nguội đi, kích hoạt quá trình hình thành sao mạnh mẽ tạo ra Đặc điểm phát xạ cực độ này. "

Tiến bộ trong việc quan sát các thiên hà trong vũ trụ sơ khai

Khám phá này là một ví dụ sinh động về độ rõ nét vô song mà kính thiên văn JWST mang lại trong việc nghiên cứu vũ trụ sơ khai.

"Chất lượng dữ liệu từ Kính thiên văn James Webb rất vượt trội," Tiến sĩ Gupta nói. "Nó có đủ độ sâu và độ phân giải để quan sát các vùng lân cận và môi trường xung quanh các thiên hà sơ khai, khi vũ trụ mới chỉ 2 tỷ năm tuổi. Sử dụng chi tiết này, chúng tôi có thể nhìn thấy các thiên hà có dấu hiệu phát xạ cực mạnh và các thiên hà không có dấu hiệu phát xạ cực đoan ở các thiên hà gần đó "


The thiên hà mục tiêu được nhìn thấy bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb (trái) và Kính viễn vọng Không gian Hubble (phải). Độ phân giải và độ rõ nét chưa từng có của hình ảnh JWST cho phép chúng ta xác định các thiên hà gần đó (vòng tròn màu lục lam) mà ngay cả Hubble cũng không thể nhìn thấy. Nguồn: Trung tâm xuất sắc ARC về Vật lý thiên văn trên bầu trời theo ba chiều (ASTRO3D).

Trước đó, chúng ta rất khó nhìn rõ các thiên hà khoảng 2 tỷ năm tuổi khi vũ trụ ra đời. Nhiệm vụ trở nên khó khăn hơn vì nhiều ngôi sao chưa hình thành và có ít thiên hà hơn để tập trung vào.

Dr. Gupta cho biết: "Trước khi JWST xuất hiện, chúng ta chỉ có thể thực sự hiểu được tình trạng của các thiên hà khổng lồ và hầu hết các thiên hà này đều nằm trong các cụm thiên hà rất dày đặc nên rất khó nghiên cứu. Vào thời điểm đó, Công nghệ, chúng tôi không thể quan sát được 95% thiên hà trong nghiên cứu này. Kính thiên văn James Webb đã cách mạng hóa công việc của chúng tôi".Hình ảnh một thiên hà có vạch phát xạ cực xa. Chụp ảnh bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb (trái) và Kính viễn vọng Không gian Hubble (phải). Độ tương phản làm nổi bật độ rõ nét của hình ảnh JWST. Nguồn: Trung tâm xuất sắc ARC về Vật lý thiên văn trên bầu trời theo ba chiều (ASTRO3D).

Xác nhận các giả thuyết trước đó

Tran, phó giám đốc của ASTRO3D và Trung tâm Vật lý thiên văn tại Harvard và Smithsonian, cho biết phát hiện này xác nhận các giả thuyết trước đó. “Chúng tôi nghi ngờ những thiên hà cực đoan này là dấu hiệu của sự tương tác mạnh mẽ trong vũ trụ sơ khai, nhưng chỉ với cái nhìn sắc bén của JWST, chúng tôi mới có thể xác nhận linh cảm của mình”, cô nói.

Nghiên cứu dựa trên dữ liệu thu được trong khuôn khổ Khảo sát ngoài thiên hà sâu nâng cao (JADES) của JWST, sử dụng hình ảnh hồng ngoại sâu và quang phổ đa vật thể để khám phá các thiên hà sớm nhất trong vũ trụ. Nó mở đường cho những hiểu biết sâu hơn về vũ trụ.


Hình ảnh của một thiên hà vạch phát xạ cực xa. Như được nhìn thấy bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb (trái) và Kính viễn vọng Không gian Hubble (phải). Độ tương phản làm nổi bật độ rõ nét của hình ảnh JWST. Nguồn: Trung tâm xuất sắc ARC về Vật lý thiên văn trên bầu trời theo ba chiều (ASTRO3D).

"Điều thực sự thú vị về công trình này là chúng tôi thấy sự tương đồng về đường phát xạ giữa các thiên hà sớm nhất và những thiên hà hình thành gần đây hơn, đồng thời chúng dễ đo lường hơn nhiều. Điều này có nghĩa là giờ đây chúng tôi có nhiều cách hơn để trả lời các câu hỏi về vũ trụ sơ khai, một thời kỳ khó nghiên cứu về mặt kỹ thuật", Ravi Jaiswar, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Curtin/ICRAR và ASTRO3D, cho biết.

"Nghiên cứu này là trọng tâm của Chương trình Tiến hóa Thiên hà của chúng tôi. Bằng cách hiểu các thiên hà ban đầu trông như thế nào, chúng tôi có thể dựa vào đó để trả lời các câu hỏi về nguồn gốc của các nguyên tố tạo nên mọi thứ trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta trên Trái đất," Giáo sư Emma Ryan-Weber, Giám đốc ASTRO3D cho biết.