JADES-GS-z13-0: Phát hiện thiên hà ra đời khi vũ trụ còn 350 triệu năm

Kính viễn vọng không gian James Webb vừa mang đến một trong những phát hiện quan trọng về thời kỳ đầu của vũ trụ: một thiên hà cổ, mang tên JADES-GS-z13-0, hiện được ghi nhận ở khoảng cách rất lớn so với Trái Đất. Sự kiện này không chỉ là cột mốc trong quan sát thiên văn mà còn mở ra cách tiếp cận mới để hiểu giai đoạn hình thành những cấu trúc thiên hà đầu tiên.

James Webb vừa tìm thấy một trong những thiên hà lâu đời nhất từng quan sát thấy, có tuổi gần bằng chính vũ trụ. (Ảnh: NASA).

Những con số cốt lõi về phát hiện

Các quan sát cho thấy JADES-GS-z13-0 hiện được xác định ở khoảng cách xấp xỉ 33 tỷ năm ánh sáng. Đây là khoảng cách tính theo mô hình vũ trụ hiện tại, phản ánh vị trí mà thiên hà này chiếm trong không gian đồng thời với sự giãn nở của vũ trụ kể từ khi ánh sáng rời khỏi nguồn phát.

Đồng thời, ánh sáng mà chúng ta quan sát từ thiên hà này đã mất hơn 13,4 tỷ năm để đến được kính viễn vọng James Webb. Nghĩa là tín hiệu đến tay các nhà thiên văn từ một thời điểm rất gần kề với thuở sơ khai của vũ trụ.

Theo phân tích của nhóm nghiên cứu, JADES-GS-z13-0 hình thành khi vũ trụ chỉ mới khoảng 350 triệu năm tuổi — tức vào một giai đoạn rất sớm so với tuổi hiện tại của vũ trụ. Vì vậy, thiên hà này được xếp vào nhóm những hệ sao có niên đại lâu đời nhất từng được ghi nhận.

Tại sao hai con số “13,4 tỷ” và “33 tỷ” cùng xuất hiện?

Nhìn qua hai con số, có thể thấy vẻ mâu thuẫn bề ngoài: ánh sáng mất hơn 13,4 tỷ năm truyền tới chúng ta nhưng khoảng cách được nêu là 33 tỷ năm ánh sáng. Điều này bắt nguồn từ hai khái niệm khác nhau trong thiên văn học:

• Thời gian ánh sáng truyền (lookback time) — khoảng 13,4 tỷ năm ở trường hợp này — cho biết thời điểm trong quá khứ mà chúng ta đang quan sát.
• Khoảng cách hiện tại (co-moving distance) — khoảng 33 tỷ năm ánh sáng — phản ánh vị trí của vật thể nếu đo theo hệ qui chiếu của vũ trụ hiện nay, khi đã tính đến sự giãn nở không gian trong thời gian dài.

Việc phân biệt hai quan niệm này giúp hiểu rằng ánh sáng chia sẻ thông tin về quá khứ của thiên thể, trong khi khoảng cách hiện tại liên quan đến cấu trúc vũ trụ sau hàng tỷ năm giãn nở.

Những gì dữ liệu JWST tiết lộ về thiên hà

Quan sát với James Webb không chỉ xác định được vị trí và khoảng cách: dữ liệu quang phổ và ảnh chụp cho phép các nhà nghiên cứu ước tính một số đặc tính nội tại của JADES-GS-z13-0. Từ đó, họ có thể suy ra mức sáng nội tại và tiếp tục đưa ra giả thiết về số lượng sao trong thiên hà.

Một điểm đáng chú ý là thiên hà này có dấu hiệu liên quan đến quá trình ion hóa khí hydro xung quanh. Nói cách khác, ngôi sao và các nguồn bức xạ trong thiên hà đã đủ mạnh để tác động lên môi trường khí tại vùng lân cận, một yếu tố quan trọng khi xét quá trình tiến hoá của vùng vũ trụ sơ khai.

Tầm quan trọng của việc bắt gặp thiên hà rất cổ

Phát hiện ra JADES-GS-z13-0 giúp lấp đầy khoảng trống quan sát về giai đoạn đầu của thiên hà hóa: những dữ liệu về độ sáng, số sao tương đối và tương tác với môi trường xung quanh cung cấp manh mối trực tiếp về cách các hệ sao đầu tiên hình thành, lớn lên và ảnh hưởng lên môi trường liên sao.

Những mục tiêu như vậy chính là mục đích thiết kế của JWST: khảo sát ánh sáng yếu và dịch chuyển đỏ lớn từ các nguồn nằm rất xa để xây dựng lại lịch sử hình thành thiên hà trong những trăm triệu năm đầu sau Vụ Nổ Lớn.

Những giới hạn hiện tại và hướng đi tiếp theo

Dù lần phát hiện này rất quan trọng, hiểu biết của chúng ta vẫn còn bị hạn chế bởi chất lượng và phạm vi dữ liệu. Việc xác định chính xác hơn các thông số vật lý của thiên hà đòi hỏi nhiều quan sát bổ sung, phân tích quang phổ sâu hơn và so sánh với các mô hình lý thuyết.

Các nhà thiên văn sẽ tiếp tục sử dụng JWST để khảo sát những mục tiêu tương tự, tìm kiếm các thiên hà ở cùng kỷ nguyên vũ trụ hoặc sớm hơn nữa. Tập hợp các mẫu quan sát sẽ cho phép xây dựng bức tranh thống kê về mật độ thiên hà, tốc độ sinh sao và vai trò của quá trình ion hóa trong thời kỳ sơ khai.

Suy ngẫm: vì sao mỗi phát hiện như thế đều quý giá?

Mỗi thiên hà tìm được ở kỷ nguyên sơ khai là một mẫu quan sát độc lập về điều kiện vật chất và quá trình tạo sao lúc đó. Dữ liệu từ JADES-GS-z13-0 giúp kiểm chứng hoặc thách thức các kịch bản mô phỏng máy tính về hình thành cấu trúc vũ trụ, từ đó điều chỉnh các giả thuyết về vật liệu ban đầu, tốc độ hợp nhất thiên hà và nguồn phát ion hóa.

Khi thu thập được thêm mẫu, các nhà khoa học có thể trả lời các câu hỏi cơ bản: thiên hà kiểu nào xuất hiện sớm nhất? Tốc độ sinh sao ban đầu ra sao? Mức độ ảnh hưởng lên môi trường liên thiên hà như thế nào? JADES-GS-z13-0 là một đầu mối trong cuộc tìm kiếm đó.

Câu hỏi thường gặp

1. JADES-GS-z13-0 có phải là thiên hà cổ nhất từng được phát hiện?

Thiên hà này được xếp vào nhóm những thiên hà lâu đời nhất được biết đến do niên đại hình thành rất sớm (khi vũ trụ khoảng 350 triệu năm tuổi). Tuy nhiên, việc khẳng định nó là “cổ nhất” đòi hỏi so sánh với các phát hiện khác đang được cập nhật liên tục.

2. Tại sao việc quan sát các thiên hà xa lại quan trọng?

Quan sát các thiên hà ở khoảng cách lớn cho phép chúng ta nhìn ngược về quá khứ của vũ trụ, thu thập thông tin về thời kỳ sơ khai, khi những cấu trúc lớn bắt đầu thành hình, và kiểm tra các mô hình lý thuyết về tiến hoá vũ trụ.

3. JWST đã hoạt động được bao lâu khi ghi nhận phát hiện này?

Kính viễn vọng James Webb bắt đầu mang lại dữ liệu quan sát kể từ khi nó chính thức hoạt động vào đầu năm 2022; kể từ đó, nó liên tục cung cấp các quan sát sâu về vũ trụ sơ khai.

Kết luận

Phát hiện JADES-GS-z13-0 là lời nhắc rằng vùng nền của vũ trụ vẫn còn nhiều điều để khám phá. Với từng thiên hà được ghi nhận từ những thời kỳ sớm, các nhà khoa học tiến gần thêm đến câu trả lời cho nguồn gốc các hệ sao và tiến trình thay đổi môi trường vũ trụ ban đầu. JWST đang thực hiện sứ mệnh đó, và mỗi dữ liệu mới đều có giá trị đối với bức tranh lớn hơn của ngành thiên văn học hiện đại.

Để mở rộng hiểu biết sau khi đọc bài này, bạn có thể tiếp tục tham khảo các phân tích chuyên sâu liên quan đến Mặt Trời và vật thể trong Hệ Mặt Trời dưới đây.

Muốn nắm các con số then chốt về ngôi sao chủ của chúng ta và hiểu vì sao những thông số đó quan trọng cho sự sống trên Trái Đất, hãy đọc bài bảng số về kích thước và vai trò Mặt Trời để có cái nhìn toàn diện và dễ hiểu về bán kính, khối lượng và nhiệt độ bề mặt cùng ý nghĩa của chúng đối với hành tinh chúng ta.

Nếu bạn tò mò về những giới hạn công nghệ khi tiếp cận gần một ngôi sao và muốn biết cấu trúc các lớp của Mặt Trời cùng nhiệt độ từng vùng, bài viết cấu trúc và giới hạn khi tiếp cận Mặt Trời sẽ giải thích rõ mức nhiệt và lý do tại sao việc “chạm tay” lên Mặt Trời còn nằm ngoài khả năng hiện tại.

Nếu quan sát thiên thể trên mặt đất khiến bạn tò mò về cách phân biệt một mẫu thiên thạch thật với các vật liệu trái đất, hướng dẫn thực tế phương pháp nhận diện thiên thạch bằng kiểm tra hiện trường mô tả các kỹ thuật đơn giản như kiểm tra nam châm hay thử cọ gốm để giúp người phát hiện bước đầu đánh giá mẫu tìm được.