Kính viễn vọng Webb của NASA tiết lộ cách các thiên hà làm sạch sương mù của Vũ trụ sớm

Trong vũ trụ sơ khai, khí giữa các ngôi sao và thiên hà mờ đục, ngăn cản ánh sáng đầy năng lượng của các ngôi sao xuyên qua nó. Tuy nhiên, dữ liệu mới từ Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA đã làm sáng tỏ lý do tại sao khí trở nên trong suốt khoảng 1 tỷ năm sau Vụ nổ lớn. Nghiên cứu do Simon Lilly của ETH Zürich ở Thụy Sĩ dẫn đầu đã cung cấp cái nhìn sâu sắc có giá trị về một giai đoạn quan trọng được gọi là Kỷ nguyên tái ion hóa khi vũ trụ trải qua những thay đổi đáng kể.

Sau vụ nổ Big Bang, khí trong vũ trụ rất nóng và đặc. Trải qua hàng trăm triệu năm, nó dần nguội đi. Tuy nhiên, khí sau đó được làm nóng và tái ion hóa, có thể là do sự hình thành sao sớm trong thiên hà. Quá trình ion hóa này cuối cùng làm cho khí trở nên trong suốt hàng triệu năm.

Các kết quả mới mang lại một bước đột phá trong việc tìm hiểu Kỷ nguyên Tái ion hóa.

Trong vũ trụ sơ khai, khí giữa các ngôi sao và thiên hà mờ đục – ánh sáng sao tràn đầy năng lượng không thể xuyên qua nó. Nhưng 1 tỷ năm sau vụ nổ lớn, khí đã trở nên hoàn toàn trong suốt. Tại sao? Dữ liệu mới từ @NASAWeb đã chỉ ra tại sao: pic.twitter.com/Wl2R804EeZ

– NASA (@NASA) Ngày 12 tháng 6 năm 2023

Daichi Kashino của Đại học Nagoya ở Nhật Bản, tác giả chính của bài báo đầu tiên của nhóm nghiên cứu, cho biết: “Webb không chỉ chỉ ra rõ ràng rằng các vùng trong suốt này được tìm thấy xung quanh các thiên hà, chúng tôi còn đo được chúng lớn như thế nào. Với dữ liệu của Webb, chúng tôi thấy các thiên hà tái ion hóa khí xung quanh anh ta.”

Vùng khí trong suốt, so với chính thiên hà, là rất lớn. Các quan sát của Webb cho thấy những thiên hà tương đối nhỏ này đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình tái ion hóa bằng cách làm trống các vùng không gian rộng lớn xung quanh chúng. Theo thời gian, những “bong bóng” trong suốt này mở rộng và hợp nhất, cuối cùng dẫn đến việc toàn bộ vũ trụ trở nên trong suốt.

Các nhà nghiên cứu tập trung vào một thời kỳ cụ thể – ngay trước khi kết thúc Kỷ nguyên tái ion hóa khi vũ trụ không hoàn toàn rõ ràng hoặc không hoàn toàn mờ đục. Họ đã quan sát các chuẩn tinh, các lỗ đen siêu lớn đang hoạt động cực kỳ phát sáng hoạt động như những chiếc đèn pin khổng lồ, để nghiên cứu khí giữa các chuẩn tinh và kính viễn vọng của chúng.

Các nhà nghiên cứu cho biết: “Khi ánh sáng chuẩn tinh di chuyển về phía chúng ta qua các mảng khí khác nhau, nó hoặc bị hấp thụ bởi khí mờ đục hoặc di chuyển tự do qua khí trong suốt”.

Những quan sát này được thực hiện bằng cách kết hợp dữ liệu của Webb với các quan sát từ Đài quan sát WM Keck ở Hawaii và Kính viễn vọng Rất lớn của Đài thiên văn Nam châu Âu và Kính viễn vọng Magellan ở Chile.

Sử dụng dữ liệu của Webb, các nhà nghiên cứu đã xác định các thiên hà gần đường ngắm và phát hiện ra rằng các thiên hà này được bao quanh bởi một vùng trong suốt có bán kính khoảng 2 triệu năm ánh sáng. Những phát hiện này cho thấy rằng thiên hà đang tích cực làm trống không gian xung quanh nó vào cuối Kỷ nguyên Tái ion hóa. Nói một cách dễ hiểu, khu vực bị xóa gần tương đương với khoảng cách giữa Dải Ngân hà của chúng ta và thiên hà láng giềng gần nhất của nó, Andromeda.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng lỗ đen ở trung tâm của quasar được quan sát là lỗ đen lớn nhất hiện được biết đến trong vũ trụ sơ khai, nặng gấp 10 tỷ lần khối lượng Mặt trời.

Nhóm hiện có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu của họ, tập trung vào các thiên hà trong năm trường bổ sung, mỗi trường được neo giữ bởi một chuẩn tinh trung tâm. Kết quả ban đầu của Webb đã vượt quá mong đợi, tiết lộ 117 thiên hà từ Kỷ nguyên tái tạo, nhiều hơn mong đợi.

Nhóm nghiên cứu, được gọi là Thiên hà Dòng phát xạ và Khí liên thiên hà trong Kỷ nguyên Tái ion hóa (EIGER), đã chứng minh khả năng mạnh mẽ của Máy ảnh hồng ngoại gần Webb (NIRCam) và chế độ quang phổ không khe trường rộng của nó, biến kính viễn vọng thành một “máy dịch chuyển đỏ quang phổ tuyệt vời.”