Nhưng lần đầu tiên chúng ta thấy những dấu hiệu cho thấy mối quan hệ giữa số lượng ngôi sao và các nguyên tố này không phù hợp với các thiên hà sớm nhất. Lý do có khả năng là các thiên hà này chỉ đơn giản là đang trong quá trình được tạo ra và chưa có thời gian để tạo ra các nguyên tố nặng.

Vũ trụ có rất nhiều thiên hà - những tập hợp khổng lồ của các ngôi sao và khí ga - và khi chúng ta nhìn sâu vào vũ trụ, chúng ta thấy chúng gần và xa. Bởi vì ánh sáng đã dành nhiều thời gian hơn để đến với chúng ta, một thiên hà càng ở xa, về cơ bản chúng ta đang nhìn lại thời gian, cho phép chúng ta xây dựng một câu chuyện trực quan về sự tiến hóa của chúng trong suốt lịch sử vũ trụ.

Các quan sát đã cho chúng ta thấy rằng các thiên hà trong 12 tỷ năm qua - tức là 5/6 tuổi của vũ trụ - đã sống cuộc sống của chúng ở dạng cân bằng: Dường như có một mối quan hệ cơ bản, chặt chẽ giữa một mặt chúng đã hình thành bao nhiêu ngôi sao và mặt khác chúng đã hình thành bao nhiêu nguyên tố nặng. Trong bối cảnh này, "các nguyên tố nặng" có nghĩa là mọi thứ nặng hơn hydro và heli. Mối quan hệ này có ý nghĩa bởi vì vũ trụ ban đầu chỉ bao gồm hai nguyên tố nhẹ nhất này. Tất cả các nguyên tố nặng hơn, chẳng hạn như carbon, oxy và sắt, được tạo ra sau đó bởi các ngôi sao.

James Webb nhìn sâu hơn

Do đó, các thiên hà đầu tiên nên được "không bị ô nhiễm" bởi các nguyên tố nặng. Nhưng cho đến gần đây, chúng tôi đã không thể nhìn lại quá xa về thời gian. Ngoài việc ở xa, lý do là ánh sáng truyền qua không gian càng lâu, nó càng trở nên đỏ hơn. Đối với các thiên hà xa nhất, bạn phải nhìn vào phần hồng ngoại của quang phổ, và chỉ cho đến khi có James Webb, chúng ta mới có một kính viễn vọng đủ lớn và nhạy để nhìn thấy. Và kính viễn vọng không gian đã không làm bạn thất vọng: James Webb đã phá vỡ kỷ lục của chính nó đối với thiên hà xa xôi nhất, và bây giờ dường như cuối cùng chúng ta đang đạt đến kỷ nguyên nơi một số thiên hà đầu tiên được tạo ra.

Trong một nghiên cứu mới, được công bố ngày 21/9 trên tạp chí Nature Astronomy, một nhóm các nhà thiên văn học từ trung tâm nghiên cứu Trung tâm Bình minh Vũ trụ Đan Mạch tại Viện Niels Bohr và Không gian Duy Tân ở Copenhagen, đã phát hiện ra những gì dường như thực sự là một số thiên hà đầu tiên vẫn đang trong quá trình hình thành.

"Cho đến gần đây, gần như không thể nghiên cứu cách các thiên hà đầu tiên được hình thành trong vũ trụ sơ khai, vì đơn giản là chúng ta chưa có thiết bị đầy đủ. Điều này giờ đây đã thay đổi hoàn toàn với sự ra mắt của James Webb", Kasper Elm Heintz, trưởng nhóm nghiên cứu và trợ lý giáo sư tại Trung tâm Cosmic Dawn cho biết.

Mối quan hệ cơ bản bị phá vỡ

Mối quan hệ giữa tổng khối lượng sao của thiên hà và lượng nguyên tố nặng phức tạp hơn thế một chút. Nhưng nếu bạn sửa lại điều đó, bạn sẽ có được một mối quan hệ tuyến tính đẹp: Thiên hà càng lớn, các nguyên tố càng nặng. Nhưng mối quan hệ này hiện đang bị thách thức bởi những quan sát mới nhất.

"Khi chúng tôi phân tích ánh sáng từ 16 trong số những thiên hà đầu tiên này, chúng tôi thấy rằng chúng có các nguyên tố nặng ít hơn đáng kể, so với những gì bạn mong đợi từ khối lượng sao của chúng và số lượng ngôi sao mới mà chúng tạo ra", Kasper Elm Heintz nói.

Trên thực tế, trung bình các thiên hà hóa ra có lượng nguyên tố nặng ít hơn bốn lần so với trong vũ trụ sau này. Những kết quả này trái ngược hoàn toàn với mô hình hiện tại nơi các thiên hà tiến hóa dưới dạng cân bằng trong suốt phần lớn lịch sử của vũ trụ.

Dự đoán bởi các lý thuyết

Tuy nhiên, kết quả không hoàn toàn đáng ngạc nhiên. Các mô hình lý thuyết về sự hình thành thiên hà, dựa trên các chương trình máy tính chi tiết, cũng dự đoán điều tương tự. Nhưng bây giờ chúng ta đã thấy nó. 

Lời giải thích, như đề xuất của các tác giả trong bài viết, chỉ đơn giản là chúng ta đang chứng kiến các thiên hà trong quá trình được tạo ra. Lực hấp dẫn đã tập hợp những cụm khí đầu tiên, bắt đầu hình thành các ngôi sao. Nếu các thiên hà sau đó không bị xáo trộn, các ngôi sao sẽ nhanh chóng làm phong phú chúng bằng các nguyên tố nặng. Nhưng ở giữa các thiên hà vào thời điểm đó là một lượng lớn khí tươi, không bị ô nhiễm, chảy xuống các thiên hà nhanh hơn các ngôi sao có thể theo kịp. Kết quả cho chúng ta cái nhìn sâu sắc đầu tiên về các giai đoạn sớm nhất của sự hình thành thiên hà, dường như có mối liên hệ mật thiết hơn với khí ở giữa các thiên hà so với chúng ta nghĩ.

"Đây là một trong những quan sát đầu tiên của James Webb về chủ đề này, vì vậy chúng tôi vẫn đang chờ xem những quan sát lớn hơn, toàn diện hơn hiện đang được thực hiện có thể cho chúng ta biết điều gì. Chúng ta sẽ sớm hiểu rõ hơn về cách các thiên hà và cấu trúc đầu tiên bắt đầu hình thành trong hàng tỷ năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn", Kasper Elm Heintz kết luận.

Nguồn bài viết: //phys.org/news/2023-09-astronomers-newborn-galaxies-james-webb.html

Xử lý tin: Phương Hà