Nó xa nhất, và do đó sớm nhất được phát hiện. Nó đã nhìn thấy nó chỉ sau 700 triệu năm sau Vụ nổ lớn.
Một nghệ sĩ biểu diễn của thiên hà xa xôi mới được phát hiện xa nhất z8_GND_5296. Tín dụng hình ảnh: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, Nhóm di sản Hubble
Nhà thiên văn học tại Đại học Texas, Steven Finkelstein, đã lãnh đạo một nhóm phát hiện và đo khoảng cách đến thiên hà xa xôi nhất được tìm thấy. Thiên hà được nhìn thấy như vào thời điểm chỉ 700 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Trong khi các quan sát với Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA đã xác định được nhiều ứng cử viên khác cho các thiên hà trong vũ trụ sơ khai, bao gồm một số có thể còn xa hơn nữa, thiên hà này là xa nhất và sớm nhất có khoảng cách được xác nhận rõ ràng với các quan sát tiếp theo từ Keck I kính viễn vọng, một trong những cặp kính thiên văn lớn nhất thế giới. Kết quả được công bố trong số ra ngày 24 tháng 10 của tạp chí Thiên nhiên.
Hình ảnh này từ cuộc khảo sát CANDELS của Kính viễn vọng Không gian Hubble làm nổi bật thiên hà xa nhất trong vũ trụ với khoảng cách đo được, được đặt tên là z8_GND_5296. Thiên hà đỏ màu đỏ đã cảnh báo các nhà thiên văn học rằng nó có thể ở rất xa và do đó, được nhìn thấy vào thời điểm sớm sau Vụ nổ lớn. Một nhóm các nhà thiên văn học đã đo khoảng cách chính xác bằng kính viễn vọng Keck I với máy quang phổ MOSFIRE mới. Họ phát hiện ra rằng thiên hà này được nhìn thấy vào khoảng 700 triệu năm sau Vụ nổ lớn, khi vũ trụ chỉ còn 5% so với tuổi 13,8 tỷ năm hiện tại. (Tín dụng hình ảnh: V. Tilvi, Đại học A & M Texas; S.L. Finkelstein, Đại học Texas tại Austin; C. Papovich, Đại học A & M Texas; Đội CANDELS và Kính viễn vọng Không gian Hubble / NASA.)
Sau đó, chúng tôi muốn nghiên cứu các thiên hà rất xa để tìm hiểu cách các thiên hà thay đổi theo thời gian, điều này giúp chúng tôi hiểu được Dải Ngân hà ra đời như thế nào, theo ông Finkelstein.
Đó là điều khiến cho khoảng cách thiên hà được xác nhận này trở nên thú vị, bởi vì chúng ta có một cái nhìn thoáng qua về điều kiện khi vũ trụ chỉ còn khoảng 5% trong độ tuổi 13,8 tỷ năm hiện tại của nó, theo ông Casey Papovich thuộc Đại học Texas A & M, tác giả thứ hai của nghiên cứu.
Các nhà thiên văn có thể nghiên cứu cách các thiên hà tiến hóa vì ánh sáng truyền đi với tốc độ nhất định, khoảng 186.000 dặm mỗi giây. Do đó, khi chúng ta nhìn vào các vật thể ở xa, chúng ta thấy chúng khi chúng xuất hiện trong quá khứ. Các nhà thiên văn học ở xa hơn có thể đẩy các quan sát của họ, càng đi vào quá khứ mà họ có thể nhìn thấy.
Ma quỷ nằm trong các chi tiết, tuy nhiên, khi đưa ra kết luận về sự tiến hóa của thiên hà, Finkelstein chỉ ra. Trước khi bạn có thể đưa ra kết luận mạnh mẽ về cách các thiên hà phát triển, bạn phải chắc chắn rằng bạn đang nhìn vào các thiên hà bên phải.
Điều này có nghĩa là các nhà thiên văn học phải sử dụng các phương pháp nghiêm ngặt nhất để đo khoảng cách đến các thiên hà này, để hiểu được thời đại nào của vũ trụ mà chúng được nhìn thấy.
Nhóm Finkelstein, đã chọn thiên hà này và hàng chục thiên hà khác, để theo dõi từ khoảng 100.000 thiên hà được phát hiện trong khảo sát của Hubble CANDELS (trong đó Finkelstein là thành viên của nhóm). Dự án lớn nhất trong lịch sử của Hubble, CANDELS đã sử dụng hơn một tháng thời gian quan sát của Hubble.
Nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các thiên hà CANDELS có thể ở rất xa, dựa trên màu sắc của chúng từ các hình ảnh của Hubble. Phương pháp này là tốt, nhưng không thể đánh lừa, Finkelstein nói. Sử dụng màu sắc để sắp xếp các thiên hà là khó khăn vì nhiều vật thể gần đó có thể giả trang thành các thiên hà xa xôi.
Vì vậy, để đo khoảng cách đến các thiên hà vũ trụ có khả năng sớm này một cách dứt khoát, các nhà thiên văn học sử dụng quang phổ - cụ thể là, các bước sóng ánh sáng của thiên hà đã dịch chuyển về phía đầu đỏ của quang phổ trong hành trình của chúng từ thiên hà tới Trái đất, do sự giãn nở của chúng vũ trụ. Hiện tượng này được gọi là Redshift.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính thiên văn Keck I Đài thiên văn Keck I ở Hawaii, một trong những kính viễn vọng quang học / hồng ngoại lớn nhất trên thế giới, để đo độ dịch chuyển của thiên hà CANDELS được chỉ định z8_GND_5296 ở 7.51, độ lệch đỏ của thiên hà cao nhất từng được xác nhận. Dịch chuyển đỏ có nghĩa là thiên hà này xuất hiện từ thời điểm chỉ 700 triệu năm sau Vụ nổ lớn.
Keck I đã được trang bị công cụ MOSFIRE mới, giúp cho việc đo lường có thể thực hiện được, Finkelstein nói. Nhạc cụ rất hay. Không chỉ nhạy cảm, nó có thể nhìn vào nhiều vật thể cùng một lúc. Ông giải thích rằng đó là tính năng thứ hai cho phép nhóm của ông quan sát 43 thiên hà CANDELS chỉ trong hai đêm tại Keck và có được các quan sát chất lượng cao hơn bất cứ nơi nào có thể khác
Các nhà nghiên cứu có thể đánh giá chính xác khoảng cách của các thiên hà bằng cách đo một tính năng từ nguyên tố hydro phổ biến được gọi là quá trình chuyển đổi Lyman alpha, phát ra rực rỡ ở các thiên hà xa xôi. Nó đã phát hiện ra trong gần như tất cả các thiên hà được nhìn thấy từ thời điểm hơn một tỷ năm từ Vụ nổ lớn, nhưng vì gần hơn, đường phát xạ hydro, vì một số lý do, ngày càng trở nên khó nhìn thấy.
Trong số 43 thiên hà được quan sát bằng MOSFIRE, nhóm Finkelstein, đã phát hiện ra tính năng Lyman alpha này chỉ từ một. Chúng tôi đã rất vui mừng khi thấy thiên hà này, ông Finkelstein nói. Sau đó, ý nghĩ tiếp theo của chúng tôi là, ‘Tại sao chúng tôi không thấy gì khác? Chúng tôi sử dụng công cụ tốt nhất trên kính thiên văn tốt nhất với mẫu thiên hà tốt nhất. Chúng tôi đã có thời tiết tốt nhất - đó là tuyệt đẹp. Tuy nhiên, chúng ta chỉ thấy đường phát xạ này từ một trong số 43 thiên hà được quan sát của chúng ta, khi chúng ta dự kiến sẽ thấy khoảng sáu. Chuyện gì đang xảy ra?
Các nhà nghiên cứu nghi ngờ họ có thể đã không tham gia vào thời đại khi vũ trụ thực hiện quá trình chuyển đổi từ trạng thái mờ đục trong đó phần lớn khí hydro giữa các thiên hà là trung tính sang trạng thái mờ trong đó phần lớn hydro bị ion hóa (gọi là Kỷ nguyên Re -ionization). Vì vậy, nó không nhất thiết là các thiên hà xa xôi không có ở đó. Có thể là họ đã bị ẩn khỏi sự phát hiện đằng sau bức tường hydro trung tính, ngăn chặn tín hiệu Lyman alpha mà nhóm đang tìm kiếm.
Mặc dù các nhà thiên văn học chỉ phát hiện một thiên hà từ mẫu CANDELS của họ, nhưng hóa ra nó là phi thường. Ngoài khoảng cách rất xa, các quan sát của nhóm nghiên cứu cho thấy thiên hà z8_GND_5296 đang hình thành các ngôi sao cực kỳ nhanh chóng - tạo ra các ngôi sao với tốc độ nhanh hơn 150 lần so với thiên hà Milky Way của chúng ta. Người giữ kỷ lục khoảng cách mới này nằm trong cùng một phần của bầu trời với người giữ kỷ lục trước đó (dịch chuyển đỏ 7.2), điều này cũng có tỷ lệ hình thành sao rất cao.
Vì vậy, chúng tôi đã học được một cái gì đó về vũ trụ xa xôi. Có nhiều khu vực hình thành sao rất cao so với trước đây chúng tôi nghĩ. Phải có một số lượng kha khá trong số chúng nếu chúng ta tình cờ tìm thấy hai người trong cùng một khu vực trên bầu trời.
Ngoài các nghiên cứu của họ với Keck, nhóm nghiên cứu cũng quan sát z8_GND_5296 trong vùng hồng ngoại với Kính viễn vọng Không gian NASA Spitzer của NASA. Spitzer đã đo lượng oxy bị ion hóa bao nhiêu, giúp giảm tốc độ hình thành sao. Các quan sát của Spitzer cũng giúp loại trừ các loại vật thể khác có thể giả trang thành một thiên hà cực kỳ xa xôi, chẳng hạn như một thiên hà gần đó đặc biệt bụi bặm.
Nhóm nghiên cứu hy vọng về triển vọng tương lai của họ trong lĩnh vực này. Đại học Texas tại Austin là đối tác sáng lập của Kính thiên văn Giant Magellan đường kính 25 mét (GMT), sắp bắt đầu xây dựng ở vùng núi Chile. Kính thiên văn này sẽ có sức mạnh thu thập ánh sáng của Keck gần gấp năm lần và sẽ nhạy cảm với các đường phát xạ mờ hơn nhiều, cũng như các thiên hà xa hơn. Mặc dù các quan sát hiện tại đang bắt đầu giảm xuống khi xảy ra tái ion hóa, nhưng cần nhiều công việc hơn.
Quá trình tái ion hóa dường như không có gì đột ngột, bác sĩ Finkelstein nói. Với GMT, chúng ta sẽ phát hiện thêm nhiều thiên hà, thúc đẩy nghiên cứu về vũ trụ xa xôi của chúng ta thậm chí còn gần hơn với Big Bang.
Các thành viên khác của nhóm bao gồm Bahram Mobasher của Đại học California, Riverside; Mark Dickinson thuộc Đài quan sát thiên văn quang học quốc gia; Vithal Tilvi của Texas A & M; và Keely Finkelstein và Mimi Song của UT-Austin.
Qua Đài thiên văn McDonald / Đại học Texas, Austin