20/10/2022
1936 lượt xem
48 thích
Các nhà thiên văn học nhìn vào Vũ trụ sơ khai đã có một khám phá đáng ngạc nhiên bằng cách sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA / ESA / CSA. Khả năng quang phổ của Webb, kết hợp với độ nhạy hồng ngoại của nó, đã phát hiện ra một cụm thiên hà khổng lồ đang trong quá trình hình thành xung quanh một chuẩn tinh cực kỳ đỏ. Kết quả sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về cách các thiên hà trong Vũ trụ sơ khai kết hợp với nhau thành mạng vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay.
Chuẩn tinh được đề cập, SDSS J165202.64 + 172852.3, là “cực kỳ đỏ” chuẩn tinh tồn tại trong Vũ trụ rất sớm, 11,5 tỷ năm trước. Chuẩn tinh là một loại hiếm, cực kỳ sáng trong hạt nhân thiên hà hoạt động (AGN). Chuẩn tinh này là một trong những hạt nhân thiên hà mạnh nhất được biết đến từng được nhìn thấy ở khoảng cách cực xa như vậy. Các nhà thiên văn đã suy đoán rằng sự phát xạ cực mạnh của chuẩn tinh có thể gây ra “gió thiên hà”, đẩy khí tự do ra khỏi thiên hà chủ của nó và có thể ảnh hưởng lớn đến sự hình thành sao trong tương lai ở đó.
AGN là một vùng nhỏ gọn ở trung tâm của ngân hà, đang phát ra bức xạ điện từ đủ để làm sáng hơn tất cả các ngôi sao của thiên hà. AGN, bao gồm cả chuẩn tinh, được cung cấp năng lượng bởi khí rơi vào một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng. Chúng thường phát ra lượng lớn ánh sáng ở tất cả các bước sóng, nhưng lõi thiên hà này là một thành viên của lớp màu đỏ bất thường. Ngoài màu đỏ nội tại của nó, ánh sáng của thiên hà còn bị dịch chuyển đỏ hơn nữa do khoảng cách rộng lớn của nó. Điều đó làm cho Webb, có độ nhạy vô song trong bước sóng hồng ngoại, hoàn toàn phù hợp để kiểm tra chi tiết thiên hà.
Để điều tra chuyển động của khí, bụi và vật chất sao trong thiên hà, nhóm nghiên cứu đã sử dụng Máy quang phổ hồng ngoại gần (NIRSpec) của kính thiên văn. Công cụ mạnh mẽ này có thể thu thập đồng thời các quang phổ trên toàn bộ trường nhìn của kính thiên văn, thay vì chỉ từ một điểm tại một thời điểm – một kỹ thuật được gọi là quang phổ đơn vị trường tích phân (IFU). Điều này cho phép họ kiểm tra đồng thời chuẩn tinh, thiên hà của nó và môi trường xung quanh rộng lớn hơn.
Chế độ xem của Webb về chuẩn tinh cực đỏ SDSS J165202.64 + 172852.3
Quang phổ học rất quan trọng để hiểu được chuyển động của các luồng và gió khác nhau xung quanh chuẩn tinh. Chuyển động của các chất khí ảnh hưởng đến ánh sáng mà chúng phát ra và phản xạ, khiến nó bị chuyển sang màu đỏ hoặc ngả xanh tương ứng với tốc độ và hướng của chúng [1]. Nhóm nghiên cứu có thể nhìn thấy và mô tả đặc điểm của chuyển động này bằng cách theo dõi oxy ion hóa trong quang phổ NIRSpec. Các quan sát IFU đặc biệt hữu ích, với việc nhóm nghiên cứu tận dụng tối đa khả năng thu thập quang phổ từ một khu vực rộng xung quanh chính chuẩn tinh.
Chế độ xem qua Hubble trường rộng của chuẩn tinh cực kỳ đỏ SDSS J165202.64 + 172852.3
Các nghiên cứu trước đây của, trong số những người khác, Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA và thiết bị Quang phổ trường tích hợp hồng ngoại gần trên kính thiên văn Gemini-North đã kêu gọi sự chú ý đến các luồng mạnh của chuẩn tinh, và các nhà thiên văn đã suy đoán rằng thiên hà chủ của nó có thể hợp nhất với một đối tác nào đó không nhìn thấy. Nhưng nhóm nghiên cứu không mong đợi dữ liệu NIRSpec của Webb chỉ ra rõ ràng rằng họ không chỉ nhìn vào một thiên hà, mà còn có ít nhất ba thiên hà khác xoay quanh nó. Nhờ phổ IFU trên một khu vực rộng, chuyển động của tất cả vật chất xung quanh này có thể được lập bản đồ, dẫn đến kết luận rằng SDSS J165202.64 + 172852.3 trên thực tế là một phần của nút hình thành thiên hà dày đặc.
Nhà thiên văn học Dominika Wylezalek của Đại học Heidelberg ở Đức, người dẫn đầu cuộc nghiên cứu về chuẩn tinh này, cho biết: “Có rất ít tổ hợp thiên hà được biết đến vào thời điểm này. Thật khó để tìm thấy chúng và rất ít có thời gian hình thành kể từ vụ nổ Big Bang”. “Điều này cuối cùng có thể giúp chúng ta hiểu cách các thiên hà trong môi trường dày đặc phát triển… Đó là một kết quả thú vị.”
Sử dụng các quan sát IFU từ NIRSpec, nhóm đã có thể xác nhận ba thiên hà đồng hành với chuẩn tinh này và chỉ ra cách chúng được kết nối với nhau. Lưu trữ dữ liệu từ Hubble gợi ý rằng có thể còn nhiều hơn thế. Hình ảnh từ Máy ảnh Trường rộng 3 của Hubble đã cho thấy vật liệu mở rộng xung quanh chuẩn tinh và thiên hà của nó, thúc đẩy sự lựa chọn của nó cho nghiên cứu này về dòng chảy của nó và các tác động lên thiên hà chủ của nó. Giờ đây, nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng họ có thể đang nhìn vào lõi của cả một cụm thiên hà – hiện chỉ được tiết lộ bởi hình ảnh sắc nét của Webb.
Thành viên nhóm nghiên cứu Andrey Vayner của Đại học Johns Hopkins ở Baltimore, Hoa Kỳ chia sẻ: “Cái nhìn đầu tiên của chúng tôi về dữ liệu đã nhanh chóng tiết lộ những dấu hiệu rõ ràng về các tương tác chính giữa các thiên hà lân cận, và rõ ràng là tôi rằng chúng ta đang ở trong một kỷ nguyên mới của quang phổ hồng ngoại. “
Ba thiên hà đã được xác nhận đang quay quanh nhau với tốc độ cực cao, một dấu hiệu cho thấy khối lượng lớn đang tồn tại. Khi kết hợp với mức độ chúng được đóng gói chặt chẽ trong khu vực xung quanh chuẩn tinh này, nhóm nghiên cứu tin rằng điều này đánh dấu một trong những khu vực hình thành thiên hà dày đặc nhất được biết đến trong Vũ trụ sơ khai. “Ngay cả một nút dày đặc của vật chất tối cũng không đủ để giải thích điều đó, ”Wylezalek nói. “Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể nhìn thấy một khu vực nơi hai quầng sáng lớn của vật chất tối đang kết hợp với nhau.”
Nghiên cứu do nhóm của Wylezalek thực hiện là một phần trong các cuộc điều tra của Webb về Vũ trụ sơ khai. Với khả năng nhìn ngược thời gian chưa từng có, kính thiên văn đã được sử dụng để nghiên cứu cách các thiên hà đầu tiên được hình thành và phát triển, cũng như cách các lỗ đen hình thành và ảnh hưởng đến cấu trúc của Vũ trụ. Nhóm nghiên cứu đang lên kế hoạch quan sát tiếp theo vào cụm thiên hà bất ngờ này và hy vọng sẽ sử dụng nó để hiểu các cụm thiên hà hỗn loạn, dày đặc như dạng này như thế nào và nó bị ảnh hưởng như thế nào bởi lỗ đen siêu lớn đang hoạt động ở trung tâm của nó.
Mục tiêu đầu tiên là quay trở lại câu hỏi về gió thiên hà và phản hồi chuẩn tinh. Chuẩn tinh từ lâu đã bị nghi ngờ là thủ phạm của việc giảm sự hình thành sao trong các thiên hà chủ của chúng bởi cơ chế phản hồi này, nhưng bằng chứng chắc chắn để liên kết hai sao này rất khó có được. Những quan sát hiện tại chỉ là những quan sát đầu tiên trong một tập hợp sẽ nghiên cứu ba chuẩn tinh với Webb, mỗi chuẩn tinh ở những thời điểm khác nhau trong quá khứ của Vũ trụ.
“Để tách ánh sáng cực kỳ sáng của một chuẩn tinh ở xa khỏi vật chủ mờ hơn nhiều và các bạn đồng hành của nó là điều gần như không thể so với mặt đất. Khám phá các chi tiết về gió thiên hà có thể tạo ra phản hồi thậm chí còn khó khăn hơn ”, thành viên nhóm David Rupke của trường Cao đẳng Rhodes ở Memphis, Mỹ chia sẻ. “Bây giờ với Webb, chúng tôi có thể thấy điều đó đang thay đổi.”
Nghiên cứu này đã được hoàn thành như một phần của Chương trình Khoa học Phát hành Sớm (ERS) của Webb. Những quan sát này được thực hiện trong 5 tháng đầu tiên hoạt động của khoa học Webb. Các quan sát Webb mang lại kết quả này được lấy từ chương trình ERS #1335.
Ghi chú[1] Khi các sóng ánh sáng được phát ra bởi một nguồn chuyển động, chúng có thể bị ép lại với nhau hoặc bị kéo giãn ra khỏi góc nhìn của chúng ta ở đây trên Trái đất, tùy thuộc vào hướng di chuyển của nguồn. Nếu một nguồn sáng di chuyển ra xa chúng ta, sự giãn ra sẽ chuyển ánh sáng của nó thành những bước sóng đỏ hơn, và nếu nguồn đó đang di chuyển về phía chúng ta thì ánh sáng của nó trở nên xanh hơn. Đây được gọi là hiệu ứng Doppler, tương tự như cách sóng âm thanh chuyển dịch khi được phát ra bởi một phương tiện đang di chuyển như xe cứu thương. Sóng ánh sáng cũng có thể bị dịch chuyển đỏ do không gian giữa nó và chúng ta đang mở rộng – cái gọi là dịch chuyển đỏ vũ trụ.
Thêm thông tin
Này kết quả sẽ được xuất bản trong The Astrophysical Journal Letters.
Webb là kính thiên văn lớn nhất, mạnh nhất từng được phóng vào không gian. Theo một thỏa thuận hợp tác quốc tế, ESA đã cung cấp dịch vụ phóng kính thiên văn, sử dụng phương tiện phóng Ariane 5. Làm việc với các đối tác, ESA chịu trách nhiệm phát triển và nâng cao trình độ của các bản chuyển thể Ariane 5 cho sứ mệnh Webb và mua sắm dịch vụ phóng của Arianespace. ESA cũng cung cấp máy quang phổ ngựa lao NIRSpec và 50% thiết bị hồng ngoại tầm trung MIRI, được thiết kế và chế tạo bởi một tập đoàn các Viện châu Âu do quốc gia tài trợ (The MIRI European Consortium) hợp tác với JPL và Đại học Arizona.
Webb là mối quan hệ đối tác quốc tế giữa NASA, ESA và Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA).
Tiếp xúc:
ESA Media Relations: media@Khoa học