Phát hiện mới của Kính thiên văn James Webb về thiên hà "chết" già nhất vũ trụ

Thiên hà này đã dừng quá trình hình thành sao một cách đột ngột và bí ẩn khi vũ trụ chỉ 700 triệu năm tuổi, thời điểm mà vô số vì sao "chào đời" nhờ lượng khí và bụi nguyên sơ dồi dào.

Thiên hà JADES-GS-z7-01-QU đã cung cấp cho các nhà thiên văn học cái nhìn sâu sắc về sự khó nắm bắt của quá trình tiến hóa thiên hà trong vũ trụ nguyên thủy, bao gồm cả việc tại sao các thiên hà dừng hình thành sao mới và liệu có phải các yếu tố thúc đẩy các vụ nổ sao của chúng thay đổi qua các thời kỳ hay không.

"Thiên hà cần được cung cấp một lượng khí dồi dào để hình thành sao mới và vũ trụ sơ khai giống như một bữa buffet mà bạn có thể ăn thỏa thích", chủ nhiệm nghiên cứu Tobias Looser - một nhà khoa học thuộc Viện Vũ trụ học Kavli của Đại học Cambridge cho hay.

Các mô hình hiện tại không thể giải thích làm thế nào mà các thiên hà mới hình thành không chỉ định hình trong chưa tới 1 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang mà còn ngừng quá trình sản xuất sao nhanh chóng như vậy.

"Chỉ đến giai đoạn sau này trong vũ trụ, chúng ta mới thường thấy các thiên hà dừng hình thành sao", đồng tác giả nghiên cứu Francesco D'Eugenio, một nhà khoa học cũng thuộc Viện Vũ trụ học Kavli (KICC) nói. Để so sánh thì một số thiên hà "chết" được tìm thấy ở những nơi khác dường như đã dừng quá trình hình thành sao mới khi vũ trụ khoảng 3 tỷ năm tuổi.

"Mọi thứ dường như xảy ra nhanh hơn và dữ dội hơn trong thời kỳ đầu của vũ trụ. Điều đó có lẽ bao gồm các thiên hà chuyển từ giai đoạn hình thành sao sang trạng thái không hoạt động hoặc đã tắt", nhà nghiên cứu Looser cho hay.

Để khám phá JADES-GS-z7-01-QU, Looser và các đồng nghiệp đã sử dụng tầm nhìn hồng ngoại mạnh mẽ của Kính thiên văn James Webb để nhìn xuyên qua lớp bụi dày che khuất những vật thể sớm nhất trong vũ trụ. Ngoài việc là thiên hà “chết” hoặc “đã tắt” lâu đời nhất được phát hiện cho đến nay, thiên hà trên còn nhẹ hơn nhiều lần so với các thiên hà không hoạt động tương tự khác được tìm thấy trước đây trong vũ trụ sơ khai.

Dữ liệu của James Webb cho thấy thiên hà này đã hình thành các ngôi sao một cách mạnh mẽ trong khoảng từ 30 - 90 triệu năm trước khi nó nhanh chóng tắt đi mặc dù vẫn chưa biết chính xác điều gì đã xảy ra.

Các nhà thiên văn biết một số yếu tố khác nhau có thể làm chậm hoặc dập tắt quá trình hình thành sao. Chẳng hạn, sự nhiễu loạn bên trong một thiên hà như bức xạ phát ra từ một lỗ đen siêu lớn, có thể đẩy khí ra khỏi thiên hà và làm cạn kiệt nguồn khí dự trữ để hình thành các ngôi sao.

Một khả năng khác là môi trường xung quanh thiên hà vào thời điểm đó không bổ sung đủ lượng khí dự trữ mà các ngôi sao sinh ra tiêu thụ, dẫn đến việc thiếu vật chất hình thành sao.

Tuy nhiên, “chúng tôi không chắc liệu bất kỳ kịch bản nào trong số đó có thể giải thích những gì chúng tôi đã thấy với James Webb hay không”, đồng tác giả nghiên cứu Roberto Maiolino, nhà vật lý thiên văn tại KICC, cho hay. Ông Maiolino nhận định, các mô hình vũ trụ hiện tại không thể giải thích các đặc tính của JADES-GS-z7-01-QU, cho thấy chúng “có thể cần phải được xem xét lại”.

Một lời giải thích khác cho tình trạng ngủ đông của thiên hà mới có thể là “các thiên hà trong vũ trụ sơ khai 'chết' và sau đó sống lại", nhà nghiên cứu D'Eugenio nói. Song nghiên cứu trước đây về các thiên hà "chết" từ khi vũ trụ khoảng 3 tỷ năm tuổi - thời điểm hình thành sao mạnh mẽ nhất, cho thấy những thiên hà "chết" như vậy không thể trẻ hóa ngay cả khi sáp nhập với các thiên hà gần đó, mà thay vào đó chỉ phục vụ cho "thổi phồng" chúng lên.