Phát hiện ra những thiên hà nhỏ có thể đã biến đổi vũ trụ
Kính viễn vọng không gian James Webb đã phát hiện ra hàng chục thiên hà nhỏ, xa xôi xuyên qua lớp sương mù của thời kỳ đen tối của vũ trụ trong một tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn (Big Bang).
Đánh dấu 20 trong số 83 thiên hà bùng nổ sao nhỏ được JWST phát hiện. Các nhà khoa học cho biết các thiên hà như thế này có thể đã phát ra đủ ánh sáng UV để thúc đẩy Kỷ nguyên tái ion hóa. (Ảnh: NASA/ESA/CSA/Bezanson et al. 2024 và Wold et al. 2025)
Các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã phát hiện ra những thiên hà nhỏ có thể đã thúc đẩy sự biến đổi lớn trong vũ trụ sơ khai. Ánh sáng cực tím (UV) chiếu ra từ các thiên hà nhỏ này có thể đã cung cấp năng lượng cho một kỷ nguyên được gọi là Kỷ nguyên tái ion hóa, làm sạch lớp sương mù khí hydro thấm vào vũ trụ trong một tỷ năm đầu tiên. Các nhà nghiên cứu đã trình bày những phát hiện này tại cuộc họp lần thứ 246 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ tại Anchorage, Alaska.
Isak Wold, nhà khoa học nghiên cứu trợ lý tại Đại học Công giáo Hoa Kỳ và Trung tâm bay không gian Goddard của NASA , cho biết trong một tuyên bố : "Khi nói đến việc tạo ra ánh sáng cực tím, những thiên hà nhỏ này có sức mạnh vượt trội".
Vũ trụ trong khoảng một tỷ năm đầu tiên tồn tại
Trong khoảng một tỷ năm đầu tiên tồn tại, vũ trụ chứa đầy khí hydro trung tính. Nhưng ánh sáng cực tím từ các ngôi sao và thiên hà đầu tiên đã tước đi các electron của khí trong Kỷ nguyên tái ion hóa. Các thiên hà nhỏ trải qua quá trình hình thành sao nhanh chóng, hay "starburst", có thể đã đóng vai trò trong việc tái ion hóa sương mù hydro này.
"Các thiên hà có khối lượng thấp thu thập ít khí hydro trung tính hơn xung quanh chúng, điều này giúp ánh sáng cực tím ion hóa thoát ra dễ dàng hơn", đồng điều tra viên James Rhoads, nhà vật lý thiên văn tại NASA Goddard, cho biết trong tuyên bố. "Tương tự như vậy, các đợt bùng nổ sao không chỉ tạo ra nhiều ánh sáng cực tím, chúng còn khắc các kênh vào vật chất giữa các vì sao của thiên hà giúp ánh sáng này bùng phát".
Chỉ có khoảng 1% các thiên hà gần Dải Ngân Hà ngày nay giống với những tác nhân ban đầu đó, nhưng chúng phổ biến hơn nhiều khi vũ trụ chỉ mới 800 triệu năm tuổi và quá trình tái ion hóa đã bắt đầu.
Phát hiện các thiên hà siêu nhỏ
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã tìm kiếm các thiên hà nhỏ, sinh sôi nảy nở từ thời kỳ đó. Họ nghiên cứu kỹ lưỡng các hình ảnh JWST của một cụm thiên hà được gọi là Abell 2744, hay Cụm Pandora, cách Trái đất khoảng 4 tỷ năm ánh sáng. Thông qua một quá trình gọi là thấu kính hấp dẫn, khối lượng đáng kể của cụm làm cong ánh sáng xung quanh nó, phóng đại các thiên hà nhỏ, xa xôi tồn tại trong một tỷ năm đầu tiên của vũ trụ.
Nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm ánh sáng xanh phát ra từ các nguyên tử oxy đã mất hai electron của chúng. Sự hiện diện của oxy "ion hóa kép" này chỉ ra rằng các quá trình gần đó đang tạo ra tia UV mạnh làm mất các electron đó. Cùng một tia UV đó có thể đã ion hóa lại sương mù khí hydro thấm vào vũ trụ.
Từ những hình ảnh này, nhóm nghiên cứu đã xác định được 83 thiên hà bùng nổ sao nhỏ. Nhưng khi kết hợp lại, những thiên hà đó tạo ra rất nhiều tia UV và kích thước nhỏ của chúng cho phép ánh sáng đó chiếu xa hơn vào vũ trụ. Nếu những thiên hà cổ đại này giống như những thiên hà ngày nay có tỷ lệ hình thành sao cao, chẳng hạn như thiên hà "đậu xanh" , chúng có thể phát ra tất cả tia UV cần thiết để ion hóa hydro trung tính của vũ trụ, theo các nhà nghiên cứu.
Nhà nghiên cứu Wold cho biết: "Phân tích của chúng tôi về các thiên hà nhỏ bé nhưng hùng mạnh này nhạy hơn gấp 10 lần so với các nghiên cứu trước đây và cho thấy chúng tồn tại với số lượng đủ lớn và chứa đủ năng lượng cực tím để thúc đẩy quá trình đổi mới vũ trụ này".
