Các nhà khoa học đã rất ngạc nhiên khi kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) của NASA phát hiện ra một thiên hà cổ xưa, vốn nằm ngoài khả năng quan sát của chúng ta. Thiên hà này có tên JADES-GS-z13-1, tồn tại chỉ 330 triệu năm sau vụ nổ Big Bang, vào thời kỳ mà vũ trụ vẫn còn rất sơ khai.
Trong khuôn khổ nghiên cứu JADES (James Webb Space Telescope Advanced Deep Extragalactic Survey), kính viễn vọng JWST đã phát hiện ra thiên hà này thông qua sự phát xạ Lyman-alpha. Đây là một tín hiệu ánh sáng đặc trưng, phát ra khi electron trong nguyên tử hydro trung tính được kích thích bởi các photon có năng lượng cao.
Mặc dù sự phát xạ Lyman-alpha là một hiện tượng phổ biến trong vũ trụ ngày nay, nhưng theo lý thuyết, chúng ta không thể quan sát được nó từ thời điểm chỉ 330 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Vào thời kỳ đó, vũ trụ vẫn còn bị bao phủ bởi hydro trung tính, một lớp sương mù hấp thụ ánh sáng, khiến vũ trụ trở nên mờ đục cho đến khoảng một tỷ năm sau vụ nổ Big Bang.
Vũ trụ sơ khai chìm trong màn sương mù hydro trung tính, khiến ánh sáng không thể truyền đi. Chỉ khi bước vào giai đoạn tái ion hóa, khoảng một tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang), ánh sáng từ các ngôi sao mới đủ năng lượng để phá vỡ các nguyên tử hydro, giải phóng electron và làm vũ trụ trở nên trong suốt.
Do đó, theo lý thuyết, chúng ta chỉ có thể quan sát được sự phát xạ Lyman-alpha từ thời điểm này trở đi. Vậy tại sao kính viễn vọng James Webb lại phát hiện được ánh sáng từ thiên hà GS-z13-1, một thiên hà hình thành chỉ 330 triệu năm sau Big Bang, khi lẽ ra ánh sáng của nó phải bị che khuất bởi màn sương mù hydro?
Các nhà nghiên cứu giải thích rằng việc phát hiện ra sự phát xạ Lyman-alpha cho thấy thiên hà GS-z13-1 là nguồn phát ra và rò rỉ các photon ion hóa mạnh mẽ. Điều này gợi ý rằng, có thể những ngôi sao khổng lồ hoặc một hạt nhân thiên hà hoạt động (AGN) đã tạo ra một khu vực tái ion hóa sớm, cho phép ánh sáng Lyman-alpha thoát ra, thay vì bị che khuất hoàn toàn như dự đoán.
Một giả thuyết khác được đưa ra là ánh sáng này có thể đến từ những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ, được gọi là sao Dân số III (Pop III). Những ngôi sao này được cho là có kích thước và độ sáng vượt trội so với các ngôi sao hiện tại, và nếu giả thuyết này đúng, đây sẽ là một phát hiện mang tính đột phá.
Tuy nhiên, giả thuyết về sao Pop III cũng gặp phải một số thách thức. Thứ nhất, khối lượng sao ước tính của thiên hà GS-z13-1 có vẻ không đủ lớn để hình thành sao Pop III. Thứ hai, các phát xạ đặc trưng khác của sao Pop III cũng không được quan sát thấy tại GS-z13-1.
Một giả thuyết khác được các nhà khoa học đưa ra là sự hiện diện của một hố đen siêu khối lượng trong hạt nhân thiên hà hoạt động (AGN) của GS-z13-1. Hố đen siêu khối lượng, với khả năng hấp thụ lượng vật chất khổng lồ, sau đó giải phóng ra những luồng khí cực kỳ sáng. Những luồng khí này có thể đã tạo ra một khu vực tái ion hóa cục bộ, cho phép ánh sáng Lyman-alpha thoát ra sớm hơn dự kiến, thay vì bị che khuất bởi màn sương mù hydro trung tính.
Mặc dù chưa có kết luận cuối cùng, phát hiện này mở ra những khả năng mới đầy thú vị trong việc nghiên cứu quá trình hình thành vũ trụ. Các nhà khoa học sẽ tiếp tục tìm kiếm câu trả lời, và trong khi chờ đợi, họ không khỏi ngạc nhiên trước ánh sáng cổ xưa từ thiên hà GS-z13-1, ánh sáng mà lẽ ra chúng ta không thể nhìn thấy.
Elizabeth Rayne là một nhà báo tự do cộng tác với rất nhiều trang báo lớn như Popular Mechanics, Space.com, Live Science... Bài viết được đăng trên Popular Mechanics vào ngày 01/04/2025.
Popular Mechanics là tạp chí nổi tiếng của Mỹ, ra mắt vào năm 1902, chuyên cung cấp thông tin về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và các sáng chế mới. Tạp chí này nổi bật với các bài viết dễ hiểu về các phát minh, xu hướng công nghệ và các lĩnh vực như ô tô, máy tính, vũ trụ, và công nghiệp.
Biên dịch: Thu Hoài
