Phát hiện oxy trong thiên hà xa nhất vũ trụ: Dấu hiệu cho thấy các thiên hà hình thành nhanh hơn dự đoán

Các nhà thiên văn học vừa ghi nhận một phát hiện gây bất ngờ: oxy — một nguyên tố nặng — đã được phát hiện trong thiên hà xa nhất từng biết đến, mang tên JADES-GS-z14-0. Phát hiện này đang buộc giới khoa học phải xem xét lại cách các thiên hà hình thành trong những giai đoạn đầu của vũ trụ.

Bối cảnh nghiên cứu: Nhìn về vũ trụ khi mới “chập chững”

JADES-GS-z14-0 được phát hiện gần đây và hiện là thiên hà xa nhất được xác nhận. Ánh sáng từ thiên hà này đã mất khoảng 13,4 tỷ năm để tới Trái Đất — nghĩa là chúng ta đang quan sát nó khi vũ trụ mới chỉ khoảng 300 triệu năm tuổi, tương đương khoảng 2% tuổi hiện nay.

Theo các mô hình vũ trụ học trước đây, ở thời điểm sớm như vậy, các thiên hà được cho là vẫn còn “non trẻ”, chủ yếu chứa các nguyên tố nhẹ như hydro và heli. Những nguyên tố nặng như oxy thường chỉ xuất hiện sau nhiều thế hệ sao hình thành và chết đi.

Tuy nhiên, quan sát mới đã làm thay đổi giả định này.

Phát hiện oxy nhờ ALMA và JWST

Hai nhóm nghiên cứu độc lập đã sử dụng kính thiên văn vô tuyến ALMA tại sa mạc Atacama (Chile) — với sự hỗ trợ từ Đài quan sát Nam Âu (ESO) — để phát hiện dấu hiệu oxy trong thiên hà này. Trước đó, thiên hà được phát hiện bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST).

Sự kết hợp giữa JWST và ALMA cho phép các nhà khoa học vừa xác định thiên hà vừa đo khoảng cách với độ chính xác cực cao. Sai số chỉ khoảng 0,005%, tương đương việc đo chính xác trong phạm vi 5 cm trên quãng đường 1 km.

Thiên hà “trưởng thành” sớm bất ngờ

Điều khiến các nhà khoa học ngạc nhiên là JADES-GS-z14-0 chứa lượng nguyên tố nặng cao hơn khoảng 10 lần so với dự đoán. Điều này cho thấy quá trình hình thành sao và tiến hóa hóa học đã diễn ra cực kỳ nhanh chóng.

Một nhà nghiên cứu mô tả phát hiện này giống như “tìm thấy một thiếu niên ở nơi bạn chỉ nghĩ có trẻ sơ sinh” — hàm ý rằng thiên hà đã phát triển nhanh hơn nhiều so với mô hình hiện tại.

Thông thường, oxy được tạo ra trong lõi các ngôi sao và phát tán vào không gian khi sao chết. Việc phát hiện oxy sớm như vậy ngụ ý rằng các chu kỳ hình thành và chết của sao đã diễn ra chỉ trong vài trăm triệu năm sau Big Bang.

Ý nghĩa khoa học: Viết lại câu chuyện hình thành thiên hà

Phát hiện này đặt ra nhiều câu hỏi quan trọng:

Các thiên hà đầu tiên có thể hình thành nhanh đến mức nào?

Điều gì đã thúc đẩy quá trình tạo sao mạnh mẽ ngay sau Big Bang?

Liệu các mô hình tiến hóa vũ trụ hiện tại có đang đánh giá thấp tốc độ hình thành cấu trúc?

Việc phát hiện oxy cũng giúp các nhà thiên văn tinh chỉnh phép đo “dịch chuyển đỏ” — chỉ số dùng để xác định khoảng cách và tuổi của các thiên thể — từ đó cải thiện hiểu biết về vũ trụ sơ khai.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nhà khoa học dự kiến sẽ tiếp tục quan sát JADES-GS-z14-0 và các thiên hà xa khác để xác định liệu hiện tượng “trưởng thành sớm” này có phổ biến hay không. Những dữ liệu mới có thể giúp làm sáng tỏ quá trình hình thành sao, sự tiến hóa hóa học và cấu trúc vũ trụ trong những thời điểm đầu tiên.

Ngoài ra, các quan sát sâu hơn từ JWST và ALMA có thể cung cấp manh mối về điều kiện vật lý — như nhiệt độ, mật độ khí và tốc độ hình thành sao — trong các thiên hà cổ xưa.

Kết luận

Việc phát hiện oxy trong thiên hà xa nhất từng quan sát không chỉ là một cột mốc kỹ thuật mà còn là lời nhắc rằng vũ trụ có thể phức tạp và năng động hơn chúng ta từng nghĩ. Nếu các thiên hà có thể “lớn lên” nhanh như vậy ngay sau Big Bang, nhiều chương trong lịch sử vũ trụ có thể cần được viết lại.

Nguồn

ESO. “Oxygen discovered in most distant known galaxy.”