Ánh sáng đầu tiên của vũ trụ đã chạm đến Trái Đất?

Kính viễn vọng không gian mạnh nhất thế giới có thể đã chụp được những vật thể đầu tiên thắp sáng vũ trụ 13 tỉ năm về trước.

Một phân tích mới về thiên hà cổ xưa mang tên LAP1-B mà kính viễn vọng không gian James Webb chụp được cho thấy nó có thể chứa đựng những ngôi sao Quần thể III (POP III): Đó là thế hệ sao đầu tiên thắp sáng vũ trụ, đánh dấu sự kết thúc của “thời kỳ tăm tối”.

Theo Space.com, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi phó giáo sư Eli Visbal từ Đại học Toledo (Mỹ) tính toán ra rằng ánh sáng từ thiên hà LAP1-B đã đi mất 13 tỉ năm để chạm đến kính viễn vọng của người Trái Đất.

Điều đó có nghĩa là hình ảnh mà chúng ta thấy về thiên hà này là hình ảnh của quá khứ, khi vũ trụ mới chỉ 800 triệu tuổi.

Một vùng vũ trụ được James Webb quan sát với sự trợ giúp của cụm thiên hà – thấu kính hấp dẫn MACS JO416 – Ảnh: NASA/ESA/CSA

Sự kỳ diệu này có sự góp phần của cụm thiên hà MACS JO416 nằm chắn giữa LAP1-B và Trái Đất. Cụm thiên hà này đóng vai trò một thấu kính hấp dẫn – một chiếc kính lúp khổng lồ giữa vũ trụ – giúp hình ảnh LAP1-B được phóng to hơn 100 lần, đủ để độ nhạy của “mắt thần” hồng ngoại James Webb nắm bắt được.

Phân tích của nhóm nghiên cứu cho thấy hình ảnh James Webb ghi nhận về LAP1-B thuộc về giai đoạn đầu Kỷ nguyên Tái ion hóa, trong đó ánh sáng cực tím từ những ngôi sao và thiên hà đầu tiên được cho là đang biến đổi khí hydro và heli trung tính thành plasma.

Đây là kỷ nguyên ngay sau Thời kỳ Tăm tối – là giai đoạn bắt đầu ngay sau sự kiện Big Bang khai sinh vũ trụ.

Người ta cho rằng các ngôi sao Quần thể III này đã hình thành trước cả khi Kỷ nguyên Tái ion hóa bắt đầu: Chúng kết hợp lại với nhau khoảng 200 triệu năm hậu Big Bang, sau khi vũ trụ đã giãn nở và nguội đi đủ để các electron và proton hình thành nên các nguyên tử hydro đầu tiên, nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ.

“Trong mô hình vũ trụ học chuẩn, các sao Quần thể III hình thành trong những cấu trúc vật chất tối rất nhỏ, đóng vai trò là nền tảng cho các thiên hà lớn hơn” – các tác giả giải thích.

Thành phần của các ngôi sao này được cho là chỉ gồm hydro và heli, những nguyên tố nhẹ nhất và đầu tiên của vũ trụ. Nhưng trong lõi của chúng, các nguyên tố nặng hơn được rèn nên thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân.

Khi các ngôi sao này chết đi, phát nổ, những gì mới được rèn trong lõi phát tán đi khắp nơi, bổ sung cho vũ trụ các nguyên tố nặng hơn. Các nguyên tố này lại là nguyên liệu tạo nên một thế hệ sao mới và những ngôi sao mới này tiếp tục rèn trong lõi các nguyên tố nặng hơn nữa.

Qua nhiều thế hệ sao, vũ trụ ngày một phong phú về mặt hóa học, tạo nên một bảng tuần hoàn rất dài mà chúng ta biết đến ngày nay.

Trước đây các nhà khoa học chưa từng tìm thấy bằng chứng trực tiếp nào về sao Quần thể III, do chúng quá xa và mờ. Vì vậy, nếu được xác nhận, các ngôi sao cổ đại trong thiên hà LAP1-B là một bước ngoặt cực lớn cho ngành vũ trụ học.