Cấu trúc khổng lồ đầu tiên của vũ trụ

Các nhà thiên văn sử dụng Kính thiên văn Nam Cực cho biết họ vừa phát hiện ra đám thiên hà lớn nhất từng thấy từ trước đến nay ở cự li 7 tỉ năm ánh sáng. Đám thiên hà trên, tên gọi là SPT-CL J0546-5345, có khối lượng khoảng bằng 800 nghìn tỉ Mặt trời, và chứa hàng trăm thiên hà.

Ảnh hồng ngoại/quang học màu tượng trưng của một đám thiên hà lớn nằm cách trái đất 7 tỉ năm ánh sáng. Đám này có khối lượng bằng 800 nghìn tỉ Mặt trời. Góc nhìn là 4 x 4 phút cung (Ảnh: NASA/JPL-Caltech/M. Brodwin/J. Mohr (LMU Munich)

“Đây là một trong những đám thiên hà khối lượng lớn nhất từng được tìm thấy ở khoảng cách này”, phát biểu của Mark Brodwin, một nhà thiên văn tại Trung tâm Thiên văn vật lí Harvard-Smithsonian. Brodwin là người đứng đầu nhóm tác giả của bài báo công bố phát hiện trên, đăng trên tạp chí Astrophysical Journal.

Độ lệch đỏ là số đo cho biết một vật thể ở xa đang chuyển động ra xa như thế nào do sự giãn nở của vũ trụ. Nằm trong chòm sao phương nam Pictor (Thợ sơn), đám thiên hà trên có độ lệch đỏ z = 1,07. Giá trị này cho biết nó nằm cách chúng ta 7 tỉ năm ánh sáng, nghĩa là chúng ta thấy nó xuất hiện cách đây 7 tỉ năm rồi, khi mà vũ trụ mới bằng nửa nửa tuổi của nó ngày nay và hệ mặt trời của chúng ta còn chưa tồn tại.

Mặc dù trẻ như vậy, nhưng đám thiên hà trên hầu như đồ sộ như đám Coma láng giềng. Kể từ đó, nó đã phát triển thêm khoảng bốn lần. Nếu chúng ta có thể thấy nó như nó xuất hiện ngày nay, thì nó sẽ là một trong những đám thiên hà đồ sộ nhất trong vũ trụ.

“Đám thiên hà này gồm toàn các thiên hà “cổ”, nghĩa là nó phải đến với nhau rất sớm trong lịch sử của vũ trụ - trong vòng hai tỉ năm đầu tiên”, Brodwin nói.

Các đám thiên hà như thế này có thể dùng để nghiên cứu cách thức vật chất tối và năng lượng tối tác động đến sự phát triển của các cấu trúc vũ trụ. Đã lâu lắm rồi, vũ trụ mỗi lúc một nhỏ hơn và đặc hơn, cho nên sự hấp dẫn có tác động lớn hơn. Đó là lúc thuận lợi hơn cho các đám thiên hà phát triển, đặc biệt trong những vùng đậm đặc hơn những vùng xung quanh của chúng.

“Bạn có thể nói kẻ giàu ngày một giàu hơn, và sự đậm đặc mỗi lúc một đặc hơn”, nhà thiên văn Harvard, Robert Kirshner, bình luận.

Khi vũ trụ giãn nở ở một tốc độ tăng dần do năng lượng tối, nó khuếch tán mạnh hơn. Năng lượng tối ngày nay lấn át lực hút của sự hấp dẫn kìm hãm sự hình thành của những đám thiên hà mới.

Ảnh chụp quang học của đám thiên hà mới được tìm thấy thể hiện sự mờ đi và nhạt ra như thế nào của những thiên hà này do khoảng cách xa của chúng. Góc nhìn là 4 x 4 phút cung (Ảnh: CTIO/J. Mohr (LMU Munich)

Brodwin cùng các đồng nghiệp theo dõi đối tượng của họ trong 200 độ vuông dữ liệu đầu tiên thu thập từ Kính thiên văn Nam Cực (SPT). SPT hiện đang hoàn tất cuộc khảo sát sóng mili mét tiên phong của nó trên một mảng trời rộng, bao quát 2500 độ vuông.

Họ đang săm tìm các đám thiên hà khổng lồ, sử dụng hiệu ứng Sunyaev-Zel'dovich – sự nhiễu nhỏ của bức xạ nền vi sóng vũ trụ (tàn dư của Big Bang, đến từ mọi hướng). Những sự nhiễu như vậy sinh ra bức xạ nền đi qua một đám thiên hà lớn.

Khảo sát theo hiệu ứng này có những lợi thế đáng kể so với những kĩ thuật tìm kiếm khác. Nó có tác dụng đối với các đám thiên hà rất xa cũng như với các đám láng giềng, cho phép các nhà thiên văn tìm ra các đám rất hiếm, xa xôi, và khối lượng lớn. Ngoài ra, nó còn mang lại các phép đo rất chính xác của khối lượng của những đám này, điều quan trọng để làm sáng tỏ bản chất của năng lượng tối.

Mục tiêu chính của chương trình khảo sát SPT là tìm kiếm một mẫu lớn gồm các đám thiên hà lớn để đi phương trình trạng thái của năng lượng tối, cái mô tả đặc trưng cho sự lạm phát vũ trụ và sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ. Các mục tiêu khác bao gồm việc tìm hiểu sự tiến triển của chất khí nóng bên trong các đám thiên hà, nghiên cứu sự phát triển của các thiên hà lớn trong các đám, và nhận ra các thiên hà xa xôi, bị hội tụ hấp dẫn, và đang hình thành sao ở tốc độ nhanh.

Một khi tìm thấy đám thiên hà xa xôi này, đội khoa học đã nghiên cứu nó với Ma trận Camera Hồng ngoại trên Kính thiên văn vũ trụ Spitzer để định vị các theien hà bên trong đám. Các quan sát chi tiết của tốc độ của những thiên hà này với kính thiên văn Magellan ở Chile chứng tỏ đám thiên hà trên thật sự khổng lồ.

Đội khoa học hi vọng tìm thấy nhiều đám thiên hà khổng lồ khác nữa hiện đang bị lu mờ ở khoảng cách trên, một khi khảo sát Kính thiên văn Nam Cực hoàn tất.

“Sau nhiều năm cố gắng, những thành công ban đầu này là rất hào hướng. Khảo sát SPT trọn vẹn, hoàn thành vào năm tới, sẽ viết lại tập sách về các đám thiên hà lớn nhất trong vũ trụ sơ khai”, Brodwin nói.

Nguồn: PhysOrg.com