Các nhà thiên văn học sử dụng ánh sáng từ một quasar để nghiên cứu khí nguyên thủy - vì đó chỉ là khoảnh khắc sau Vụ nổ lớn.
Các nhà thiên văn học đã phát hiện hai khối khí nguyên thủy trong không gian sâu thẳm - từ buổi bình minh của thời gian - sử dụng kính viễn vọng 10 mét tại Đài thiên văn W. M. Keck. Các đám mây khí quá khuếch tán để tạo thành các ngôi sao và hầu như không có dấu hiệu chứa bất kỳ kim loại nào, có nghĩa là bất kỳ nguyên tố nào nặng hơn hydro và helium - hai nguyên tố đơn giản nhất và nhẹ nhất trong vũ trụ.
Các nguyên tố duy nhất mà các nhà thiên văn học đã phát hiện trong các đám mây là hydro và đồng vị nặng hơn của nó, deuterium. Việc thiếu kim loại cho thấy mạnh mẽ rằng các khí là kho chứa vật liệu nguyên sơ còn sót lại từ Vụ nổ lớn.
Mô phỏng máy tính về vùng dây tóc bao quanh một thiên hà - nơi hai đám mây khí nguyên sơ có thể cư trú. Tín dụng hình ảnh: Ceverino, Dekel & Primack
Một bài báo của Nhà thiên văn học Xavier Prochaska, thuộc Đài quan sát của Đại học California-Đài quan sát Lick, UC-Santa Cruz, và nhóm của ông xuất hiện trực tuyến vào ngày 20 tháng 11 năm 2011, tại Khoa học chuyển phát nhanh.
Do các ngôi sao hợp nhất các nguyên tử để tạo ra các nguyên tố nặng hơn, những khí mới được phát hiện này chưa bao giờ liên quan đến bất kỳ ngôi sao nào tạo ra trong hai tỷ năm giữa Vụ nổ lớn và khám phá của chúng. Nói cách khác, chúng là những loại khí còn sót lại không thay đổi kể từ khi chúng được tạo ra trong vài phút đầu tiên sau Vụ nổ lớn.
Prochaska nói:
Bất chấp hàng thập kỷ nỗ lực tìm kiếm bất cứ thứ gì không có kim loại trong vũ trụ, trước đây, thiên nhiên đã đặt ra giới hạn cho việc làm giàu ở mức không dưới một phần nghìn được tìm thấy trong mặt trời. Những đám mây này thấp hơn ít nhất 10 lần so với giới hạn đó và là loại khí nguyên sơ nhất được phát hiện trong vũ trụ của chúng ta.
Một mô phỏng máy tính khác cho thấy vùng dây tóc nơi khí nguyên sơ có thể cư trú. Tín dụng hình ảnh: Ceverino, Dekel & Primack
Đồng tác giả Michele Fumagalli nói:
Chúng tôi đã tìm kiếm cẩn thận oxy, carbon, nitơ và silicon - những thứ được tìm thấy trên Trái đất và mặt trời rất nhiều. Chúng tôi không tìm thấy dấu vết của bất cứ thứ gì khác ngoài hydro và deuterium.
Prochaska giải thích làm thế nào họ có thể phát hiện ra khí tối, lạnh, khuếch tán cách xa khoảng 12 tỷ năm ánh sáng:
Trong trường hợp này, chúng tôi thực sự phải làm một chút mẹo. Chúng tôi nghiên cứu khí trong hình bóng.
Ánh sáng từ một quasar xa hơn tỏa sáng dù khí. Các nguyên tố trong khí hấp thụ các bước sóng ánh sáng rất đặc biệt, chỉ có thể tìm thấy bằng cách tách ánh sáng thành quang phổ rất chi tiết để lộ ra các vạch tối của ánh sáng bị thiếu.
Fumagalli mô tả nó theo một cách khác:
Tất cả các phân tích là về ánh sáng, chúng tôi đã nhận được. Nhưng những dấu hiệu của sự hấp thụ hydro là rõ ràng, vì vậy, không còn nghi ngờ gì nữa, đó là rất nhiều khí ở đó.
Các đốm màu của khí nguyên sơ là tin tốt cho các nhà thiên văn học vì chúng là sự xác nhận về lý thuyết về các yếu tố đầu tiên là gì và chúng được tạo ra như thế nào trong Vụ nổ lớn. Hydrogen, helium, lithium và boron là những nguyên tố nhẹ nhất trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, và tất cả chúng đều được tạo ra lần đầu tiên trong cái mà tên gọi là hạt nhân tổng hợp Big Bang (BBN).
Đồng tác giả John OTHERMeara của Saint Michael Hay College ở Vermont cho biết:
Lý thuyết đó đã được thử nghiệm rất tốt tại Keck liên quan đến hydro và đồng vị deuterium của nó. Tuy nhiên, một trong những câu hỏi hóc búa của công việc trước đó là khí cũng cho thấy ít nhất một lượng oxy và carbon. Những đám mây mà chúng tôi đã phát hiện ra là những đám mây đầu tiên phù hợp với dự đoán đầy đủ của BBN.
Phát hiện này cũng cho thấy vũ trụ ban đầu khác biệt như thế nào so với ngày nay - nơi mà rất khó tìm thấy bất cứ nơi nào mà không có một số kim loại khác do các thế hệ lò phản ứng tổng hợp xây dựng nguyên tố, hay còn gọi là sao.
Điểm mấu chốt: Xavier Prochaska, thuộc Đài quan sát Lick của Đại học California, UC-Santa Cruz, và nhóm của ông đã phát hiện ra hai khối khí nguyên thủy từ Big Bang, sử dụng kính viễn vọng 10 mét tại Đài thiên văn W. M. Keck. Khí không chứa nguyên tố nào nặng hơn hydro và heli, nghĩa là khí chưa bao giờ liên quan đến sự hình thành sao. Giấy của họ xuất hiện trực tuyến ngày 20 tháng 11 năm 2011, tại Khoa học chuyển phát nhanh.