Các nhà thiên văn học nghĩ rằng các thiên hà thứ 1 sẽ nhỏ. Giờ đây, họ đã phát hiện ra 2 thiên hà khổng lồ từ khi vũ trụ chỉ còn 5% so với tuổi hiện tại.
Xem lớn hơn. | Nghệ sĩ khái niệm SPT0311-58, một cặp thiên hà khổng lồ trong vũ trụ rất sơ khai. Các nhà nghiên cứu nói rằng các thiên hà trong thời đại này là những thứ lộn xộn hơn so với những thiên hà chúng ta thấy trong vũ trụ gần đó. Hình dạng lộn xộn hơn của chúng là do các kho khí khổng lồ đổ xuống chúng và các tương tác và sáp nhập liên tục của chúng với các nước láng giềng. Hình ảnh qua NRAO / AUI / NSF; D. Quả mọng.
Hệ mặt trời của chúng ta - mặt trời và gia đình của các hành tinh - được cho là đã được xây dựng từ những khối không gian dính vào nhau. Tương tự như vậy, các nhà thiên văn học mong đợi các thiên hà đầu tiên - những thiên hà hình thành ngay sau Vụ nổ lớn - giống với các thiên hà lùn nhỏ mà chúng ta thấy ngày nay, do đó, chúng sẽ đóng vai trò là các khối xây dựng cho các thiên hà lớn hơn xuất hiện sau đó. Và do đó, thiên nhiên đã làm chúng tôi ngạc nhiên khi tiết lộ các ví dụ về to lớn, các thiên hà đầy sao nhìn thấy khi vũ trụ chưa đầy một tỷ năm tuổi. Giờ đây, những quan sát mới với Mảng Atacama Large Millimét / milimét (ALMA) ở Chile đã tiết lộ hai thiên hà khổng lồ nhìn thấy xa hơn, và lâu hơn, khi vũ trụ chỉ mới 780 triệu năm tuổi, tức khoảng 5% tuổi hiện tại. Những thiên hà khổng lồ, ban đầu này - được gọi chung là SPT0311-58 - dường như được nép mình bên trong một quầng vật chất tối thậm chí còn cực lớn hơn, chứa khối lượng gấp vài nghìn tỷ lần mặt trời của chúng ta.
Các nhà nghiên cứu đã báo cáo những phát hiện của họ trong tạp chí đánh giá ngang hàng Thiên nhiên vào ngày 6 tháng 12 năm 2017.
Họ cho biết hai thiên hà khổng lồ, sơ khai này nằm gần nhau, ít hơn khoảng cách từ Trái đất đến trung tâm dải ngân hà của chúng ta. Đó là lý do tại sao, họ nghĩ rằng, các thiên hà sẽ sớm hợp nhất để tạo thành thiên hà lớn nhất từng được quan sát thấy ở thời kỳ đó trong lịch sử vũ trụ. Dan Marrone, phó giáo sư thiên văn học tại Đại học Arizona ở Tucson và là tác giả chính của bài báo, cho biết trong một tuyên bố:
Với những quan sát ALMA tinh tế này, các nhà thiên văn học đang nhìn thấy thiên hà khổng lồ nhất được biết đến trong một tỷ năm đầu tiên của vũ trụ trong quá trình tự lắp ráp.
Một hình ảnh tổng hợp hiển thị dữ liệu ALMA (màu đỏ) của hai thiên hà SPT0311-58. Những thiên hà này được hiển thị trên một nền từ Kính thiên văn vũ trụ Hubble (xanh dương và xanh lục). Dữ liệu ALMA cho thấy hai thiên hà phát sáng bụi bặm. Hình ảnh của thiên hà bên phải bị biến dạng bởi thấu kính hấp dẫn. Thiên hà thấu kính tiền cảnh gần hơn là vật thể màu xanh lá cây giữa hai thiên hà được chụp bởi ALMA. Hình ảnh qua ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Marrone, et al.; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); NASA / ESA Hubble.
Nằm ở sa mạc Atacama phía bắc Chile, ALMA là một trong những công cụ tiên tiến nhất thế giới về quan sát thiên văn. Nó có một giao thoa kế của kính thiên văn vô tuyến, hoạt động hoàn toàn chỉ từ tháng 3 năm 2013. Nó có thể thực hiện được nhờ sự hợp tác quốc tế giữa Châu Âu, Hoa Kỳ, Canada, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan và Chile. Nhưng ngay cả ALMA cũng không thể nhìn thấy ngược trở lại vào không gian và thời gian mà không cần sự giúp đỡ.
Trong trường hợp này, sự trợ giúp đến từ chính tự nhiên, tạo ra cái gọi là thấu kính hấp dẫn mỗi khi một vật thể lớn can thiệp, như một thiên hà hoặc cụm thiên hà, bẻ cong ánh sáng từ các thiên hà xa hơn. Trong một vũ trụ có ít nhất 100 tỷ thiên hà (hoặc nhiều hơn), điều này xảy ra khá thường xuyên, nhưng có thể khó quan sát. Mặc dù các thiên hà giữa chúng ta và SPT0311-58 bị bẻ cong và phóng đại ánh sáng, các mô hình máy tính tinh vi được yêu cầu để tái tạo hình ảnh của SPT0311-58 vì các thiên hà này sẽ xuất hiện ở trạng thái không thay đổi.
Tuy nhiên, quá trình trêu chọc dữ liệu này từ các quan sát mang lại nhiều thông tin hơn theo các nhà thiên văn học này:
Quá trình xử lý ống kính này cung cấp các chi tiết hấp dẫn về các thiên hà, cho thấy rằng hai thiên hà lớn hơn đang hình thành các ngôi sao với tốc độ 2.900 khối lượng mặt trời mỗi năm. Nó cũng chứa khoảng 270 tỷ lần khối lượng mặt trời của chúng ta trong khí và gần 3 tỷ lần khối lượng mặt trời của chúng ta trong bụi.
Justin Spilker tại Đại học Texas ở Austin, đồng tác giả của nghiên cứu, nhận xét:
Đó là một số lượng lớn bụi, xem xét tuổi trẻ của hệ thống.
Các nhà thiên văn học tin rằng tốc độ hình thành sao thiên hà lớn hơn có thể được kích hoạt bởi một cuộc gặp gỡ gần gũi với người bạn đồng hành nhỏ hơn một chút, nơi chứa khoảng 35 tỷ khối lượng mặt trời của các ngôi sao và cũng đang hình thành các ngôi sao với tốc độ khoảng 540 khối lượng mặt trời mỗi năm.
Các quan sát mới cũng cho phép các nhà nghiên cứu suy ra sự hiện diện của quầng vật chất tối thực sự lớn bao quanh cả hai thiên hà. Vật chất tối được cho là cung cấp lực hút khiến vũ trụ sụp đổ thành các cấu trúc như các thiên hà, các nhóm và cụm thiên hà, v.v. Bằng cách so sánh các tính toán của họ với các dự đoán vũ trụ hiện tại, các nhà nghiên cứu nhận thấy quầng sáng này là một trong những khối lượng lớn nhất nên tồn tại vào thời điểm đó.
Thấu kính hấp dẫn hoạt động - như Albert Einstein đã giải thích trong lý thuyết tương đối rộng của ông - khối lượng uốn cong ánh sáng. Trường hấp dẫn của một thiên hà hoặc cụm thiên hà xa xôi khiến ánh sáng bị bẻ cong xung quanh nó. Từ Trái đất, chúng ta thấy ánh sáng bị dịch chuyển từ nơi khác. Hình ảnh qua SpaceTelecope.org.
Các nhà thiên văn học cho biết họ đang nhìn thấy những thiên hà này trong một giai đoạn lịch sử vũ trụ được gọi là Kỷ nguyên tái sinh:
Khi mà hầu hết không gian giữa các thiên hà đã tràn ngập một màn sương mù của khí hydro lạnh. Khi nhiều ngôi sao và thiên hà hình thành, năng lượng của chúng cuối cùng đã ion hóa hydro giữa các thiên hà, tiết lộ vũ trụ như chúng ta thấy ngày nay.
Marrone bình luận:
Trong mọi trường hợp, các quan sát ALMA tiếp theo của chúng tôi sẽ giúp chúng tôi hiểu được các thiên hà này kết hợp với nhau nhanh như thế nào và cải thiện sự hiểu biết của chúng tôi về sự hình thành thiên hà khổng lồ trong quá trình tái tạo.