Phát hiện thiên hà bị “đóng băng” suốt 7 tỷ năm

Một thiên hà cổ đại nằm cách Trái Đất 3 tỷ năm ánh sáng đã được phát hiện trong trạng thái gần như nguyên vẹn, hé lộ manh mối quan trọng về sự hình thành và tiến hóa của vũ trụ thời kỳ đầu.

Hóa thạch vũ trụ

Các nhà thiên văn học vừa công bố một phát hiện chấn động: một thiên hà xa xôi gần như không thay đổi trong suốt hàng tỷ năm, mở ra cánh cửa hé lộ bức tranh cổ xưa về thời kỳ sơ khai của vũ trụ.

Thiên hà KiDS J0842 0059 được quan sát bằng Kính viễn vọng VST (Ảnh: VST).

Thiên hà mang tên KiDS J0842 0059, nằm cách Trái Đất khoảng 3 tỷ năm ánh sáng, được giới khoa học ví như một “hóa thạch vũ trụ”. Thuật ngữ này dùng để chỉ những thiên hà cổ đại được bảo tồn gần như nguyên trạng qua thời gian dài, không bị xáo trộn bởi các va chạm hay hợp nhất với những thiên hà khác.

KiDS J0842 0059 lần đầu tiên lọt vào tầm ngắm của các nhà khoa học vào năm 2018 trong khuôn khổ dự án Khảo sát Kilo Độ (KiDS). Ngay lập tức, nó thu hút sự chú ý đặc biệt nhờ những đặc điểm bất thường.

Dù sở hữu khối lượng khổng lồ, ước tính gấp khoảng 100 tỷ lần khối lượng Mặt Trời, thiên hà này lại có kích thước cực kỳ nhỏ gọn so với các thiên hà khác cùng khối lượng. Quan trọng hơn, nó gần như không hình thành sao mới trong phần lớn vòng đời của mình, một dấu hiệu rõ rệt của sự “tĩnh lặng” về mặt tiến hóa.

Dữ liệu ban đầu từ Kính viễn vọng VST đã giúp các nhà khoa học xác định thiên hà này. Tuy nhiên, phải đến khi hệ thống quang học thích ứng tiên tiến của Kính thiên văn LBT cung cấp hình ảnh độ phân giải cao hơn, cấu trúc thực sự của nó mới được xác nhận.

“Tất cả cho thấy đây là một thiên hà cổ đại nhỏ gọn, nguyên sơ và không bị xáo trộn”, nhà nghiên cứu Crescenzo Tortora thuộc Viện Vật lý thiên văn Quốc gia (INAF) nhận định. “Đây là một phát hiện khảo cổ thực sự trong thiên văn học. Nó cho phép chúng ta hiểu thêm về cách những thiên hà đầu tiên được hình thành và giúp lý giải sự tiến hóa của vũ trụ tới ngày nay”.

Chìa khóa để tái dựng lịch sử vũ trụ sơ khai

Hình ảnh về Thiên hà NGC 1277 được quan sát thấy bởi Kính viễn vọng không gian Hubble (Ảnh: Hubble).

Thuật ngữ “thiên hà hóa thạch” không phải là mới, nhưng các trường hợp được xác nhận thực sự rất hiếm, đặc biệt là ở khoảng cách xa như KiDS J0842 0059.

Trước đây, thiên hà NGC 1277 trong Cụm sao Perseus (cách Trái Đất 240 triệu năm ánh sáng) từng được xem là ứng viên tiêu biểu cho nhóm này. Tuy nhiên, KiDS J0842 0059 đánh dấu một bước tiến vượt bậc: nó không chỉ xa hơn, lâu đời hơn mà còn có hình thái cực kỳ giống với các thiên hà nguyên thủy được hình thành trong vũ trụ sơ khai.

Một trong những phát hiện nổi bật về mặt khoa học là khả năng duy trì trạng thái cô lập và ổn định cấu trúc của thiên hà này trong suốt hàng tỷ năm.

Trong bối cảnh vũ trụ có mật độ vật chất cao, nơi các thiên hà liên tục trải qua quá trình tương tác hấp dẫn, va chạm và hợp nhất, sự tồn tại lâu dài của một thiên hà không chịu tác động đáng kể nào từ môi trường xung quanh được xem là hiện tượng đặc biệt hiếm và có giá trị lớn trong nghiên cứu tiến hóa vũ trụ.

Chính vì không bị nhiễu loạn bởi môi trường xung quanh, KiDS J0842 0059 tình cờ trở thành một “viên nang thời gian” lý tưởng, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu những đặc điểm vật lý ban đầu của một thiên hà, từ thành phần sao, mật độ vật chất, đến hình thái cấu trúc.

“Chúng tôi lần đầu tiên có thể quan sát một thiên hà di tích ở khoảng cách xa với độ phân giải cao đến vậy”, nhà thiên văn Chiara Spiniello từ Đại học Oxford nhấn mạnh. “Nó có hình dạng tương đồng với những thiên hà nhỏ gọn từng được phát hiện ở thời kỳ đầu của vũ trụ”.

Phát hiện này cũng góp phần củng cố một lý thuyết quan trọng trong thiên văn học, khi cho rằng các thiên hà khổng lồ ngày nay nhiều khả năng hình thành từ lõi nhỏ gọn nguyên thủy, thông qua quá trình tích lũy vật chất và hợp nhất thiên hà kéo dài hàng tỷ năm.