Trong thời kỳ vũ trụ đen tối, vũ trụ của chúng ta trưởng thành từ một loại súp nguyên thủy của khí trung tính đến vũ trụ đầy sao mà chúng ta thấy ngày nay. Một nghiên cứu mới thăm dò thời gian bí ẩn này.
Xem lớn hơn. | Các cột mốc trong lịch sử của vũ trụ (không theo quy mô). Khí ở trạng thái trung tính từ khoảng 300.000 năm sau Vụ nổ lớn cho đến khi ánh sáng từ thế hệ sao và thiên hà đầu tiên bắt đầu ion hóa nó, nghĩa là, tước các nguyên tử trong khí của các electron. Một nghiên cứu mới kiểm tra vũ trụ ở 800 triệu năm (hộp màu vàng) để điều tra khi nào và làm thế nào sự biến đổi này xảy ra. Hình ảnh qua NAOJ / NOAO.
Starlight là ngôn ngữ chung của vũ trụ chúng ta; Nó nói với các nhà thiên văn học ngôn ngữ phải học cách nói nếu họ muốn hiểu vị trí của chúng ta trong không gian và thời gian. Nhưng ngôi sao sáng chói luôn luôn là một tính năng của vũ trụ. Trong vũ trụ học của Big Bang, ngay sau khi chính Big Bang rực sáng, đã có lúc vũ trụ hoàn toàn tối tăm. Thời kỳ này, trước khi những ngôi sao đầu tiên được sinh ra, và được cho là đã tồn tại vài trăm triệu năm trong vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi của chúng ta. Các nhà thiên văn học gọi đó là thời kỳ đen tối vũ trụ. Tuần trước (11 tháng 7 năm 2017), Đài quan sát thiên văn quang học quốc gia (NOAO) cho biết các nhà thiên văn học đã tiến thêm một bước trong việc thăm dò vũ trụ sơ khai với việc phát hiện 23 thiên hà nhỏ hình thành sao - được gọi là thiên hà Lyman alpha, hay LAEs - được tìm thấy khi vũ trụ chỉ có 800 triệu năm tuổi. Việc tìm thấy các thiên hà này giúp chúng xác định chính xác khi Thời kỳ đen tối vũ trụ kết thúc và các ngôi sao và thiên hà đầu tiên hình thành. NOAO nói:
Kết quả cho thấy các thiên hà sớm nhất, chiếu sáng và ion hóa vũ trụ, đã hình thành.
Thời đại vũ trụ tối là gì? Ở đây, một mô tả hay từ Viện Vật lý thiên văn và Vũ trụ học Kavli, cho thấy rằng, chỉ vài trăm nghìn năm sau Vụ nổ lớn, vũ trụ:
Lúc bắt đầu bước vào thời kỳ vũ trụ, vũ trụ, được đặt tên như vậy bởi vì các ngôi sao và thiên hà phát sáng mà chúng ta thấy ngày nay vẫn chưa hình thành. Hầu hết các vật chất trong vũ trụ ở giai đoạn này là vật chất tối với vật chất thông thường còn lại bao gồm phần lớn hydro và heli trung tính.
Trong vài trăm triệu năm tiếp theo, vũ trụ bước vào một bước ngoặt quan trọng trong quá trình tiến hóa của nó, được gọi là Kỷ nguyên tái sinh. Trong thời kỳ này, vật chất tối chiếm ưu thế bắt đầu sụp đổ thành các cấu trúc giống như quầng sáng thông qua lực hút hấp dẫn của chính nó. Vật chất thông thường cũng được kéo vào các quầng sáng này, cuối cùng tạo thành những ngôi sao và thiên hà đầu tiên, từ đó, giải phóng một lượng lớn tia cực tím. Ánh sáng đó đủ năng lượng để loại bỏ các electron ra khỏi vật chất trung tính xung quanh, một quá trình được gọi là tái tạo vũ trụ.
Đó là một mô tả tốt về những gì có thể đã xảy ra để kết thúc thời kỳ đen tối vũ trụ. Các nhà thiên văn học thực hiện các nghiên cứu như thế này đang cố gắng thu thập càng nhiều bằng chứng quan sát càng tốt. Họ hình dung sự kết thúc của Thời đại đen tối vũ trụ xảy ra vào khoảng thời gian giữa 300 triệu năm và 1 tỷ năm sau Vụ nổ lớn. Do đó, họ muốn quan sát các thiên hà càng gần càng tốt đến cuối giai đoạn này, nhưng, như NOAO đã nói trong tuyên bố gần đây, những quan sát đó vẫn là một thách thức: Rằng
Khí liên thiên hà hấp thụ mạnh và tán xạ ánh sáng cực tím phát ra từ các thiên hà, khiến chúng khó bị phát hiện.
Xem lớn hơn. | Hình ảnh màu sai của vùng 2 độ vuông của trường khảo sát LAGER. Các hộp nhỏ màu trắng cho biết vị trí của 23 LAE được phát hiện trong cuộc khảo sát. Các chi tiết trong (màu vàng) hiển thị hai trong số các LAE sáng nhất; chúng là 0,5 arcminutes trên một mặt và các vòng tròn màu trắng có đường kính 5 vòng cung. Hình ảnh qua Zhen-Ya Zheng (SHAO) & Junxian Wang (USTC) / NOAO.
Một cách để thăm dò thời kỳ này trong vũ trụ sơ khai là tìm kiếm các thiên hà phát ra Lyman alpha hay LAEs. NOAO nói:
Về nhà khi sự biến đổi xảy ra, các nhà thiên văn học thực hiện một cách tiếp cận gián tiếp. Sử dụng nhân khẩu học của các thiên hà hình thành sao nhỏ để xác định khi nào khí liên thiên hà bị ion hóa, chúng có thể suy ra khi các nguồn ion hóa, các thiên hà đầu tiên hình thành.
Nếu các thiên hà hình thành sao, phát sáng dưới ánh sáng của dòng alpha Lyman alpha, được bao quanh bởi khí hydro trung tính, thì các photon Lyman alpha dễ bị phân tán, giống như đèn pha trong sương mù, che khuất các thiên hà. Khi khí bị ion hóa, sương mù sẽ nổi lên và các thiên hà dễ dàng phát hiện hơn.
NOAO tiếp tục mô tả các nhà thiên văn học về công trình mới, kết quả là phát hiện ra 23 ứng cử viên LAEs, mẫu thiên hà lớn nhất được phát hiện cho đến thời điểm đó của vũ trụ. Những thiên hà hình thành sao nhỏ này:
Sọ đã có mặt 800 triệu năm sau Vụ nổ lớn.
Nghiên cứu cũng cho thấy LAEs ít phổ biến hơn 4 lần ở 800 triệu năm so với một thời gian ngắn sau đó, ở mức 1 tỷ năm. NOAO nói:
Kết quả cho thấy quá trình ion hóa vũ trụ bắt đầu sớm và vẫn chưa hoàn thành sau 800 triệu năm, với khí liên ngân hà khoảng một nửa trung tính và một nửa bị ion hóa ở thời điểm đó.