Kính thiên văn Hubble vừa phát hiện ngôi sao xa nhất từ trước đến nay

Kính thiên văn Hubble đã quan sát ngôi sao xa nhất từng được thấy – Earendel, có nghĩa là sao mai. Mặc dù Earendel có khối lượng gấp 50 lần Mặt Trời và sáng gấp hàng triệu lần, chúng ta thông thường không thể nhìn thấy nó. Chúng ta có thể thấy nó nhờ vào sự sắp xếp của ngôi sao với một cụm ngân hà lớn ở phía trước, trọng lực của nó làm cong ánh sáng từ ngôi sao để làm cho nó sáng hơn và tập trung hơn – về cơ bản là tạo ra một ống kính.

Nhà thiên văn học có thể nhìn thấy vào quá khứ sâu khi chúng ta quan sát các vật thể xa. Ánh sáng di chuyển với một tốc độ hằng số (3×10⁸ mét mỗi giây) nên càng xa một vật thể, thời gian ánh sáng đi đến chúng ta càng lâu. Đến khi ánh sáng đến từ các ngôi sao rất xa, ánh sáng mà chúng ta đang nhìn có thể đã tồn tại hàng tỷ năm. Do đó, chúng ta đang nhìn vào những sự kiện đã xảy ra trong quá khứ.

Khi chúng ta quan sát ánh sáng của ngôi sao, chúng ta đang nhìn vào ánh sáng đã được phát ra từ ngôi sao cách đây 12,9 tỷ năm – chúng ta gọi đây là thời gian quay lại. Đó chỉ là 900 triệu năm sau Đại Bang. Nhưng do vũ trụ cũng đã mở rộng nhanh chóng trong thời gian mà ánh sáng này đến tận chúng ta, Earendel hiện đang cách chúng ta 28 tỷ năm ánh sáng.

Bây giờ, người kế nhiệm của Hubble, Kính thiên văn James Webb (JWST), đã sẵn sàng có thể phát hiện được ngôi sao còn sớm hơn, mặc dù có thể không có nhiều ngôi sao được sắp xếp đẹp để tạo ra một “ống kính vô tình” để chúng ta có thể nhìn thấy.

Để nhìn thấy xa hơn vào quá khứ, các đối tượng cần phải rất sáng. Và những đối tượng xa nhất mà chúng ta đã thấy là các ngân hà lớn nhất và sáng nhất. Những ngân hà sáng nhất là những ngân hà có quasars – những vật thể sáng được cho là được năng lượng bởi lỗ đen siêu khổng lồ – trong chúng.

Trước năm 1998, những ngân hà quasar xa nhất được phát hiện khoảng 12,6 tỷ năm thời gian quay lại. Độ phân giải cải thiện của Kính thiên văn Hubble đã làm tăng thời gian quay lại lên 13,4 tỷ năm, và với JWST, chúng tôi kỳ vọng sẽ cải thiện điều này có thể lên đến 13,55 tỷ năm cho các ngân hà và ngôi sao.

Ngôi sao bắt đầu hình thành vài trăm triệu năm sau Đại Bang, trong một khoảng thời gian chúng ta gọi là bình minh vũ trụ. Chúng tôi muốn có khả năng nhìn thấy những ngôi sao vào bình minh vũ trụ, vì điều này có thể xác nhận các lý thuyết của chúng tôi về cách vũ trụ và ngân hà hình thành. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy chúng ta có thể không bao giờ nhìn thấy các đối tượng xa nhất với kính thiên văn một cách chi tiết như chúng tôi muốn – vũ trụ có thể có giới hạn độ phân giải cơ bản.

Tại sao nhìn về quá khứ?

Một trong những mục tiêu chính của JWST là biết vũ trụ sớm trông như thế nào và khi nào ngôi sao và ngân hà sớm hình thành, được cho là giữa 100 triệu và 250 triệu năm sau Đại Bang. Và, may mắn thay, chúng ta có thể có gợi ý về điều này bằng cách nhìn xa hơn so với Hubble hoặc JWST có thể quản lý.

Chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng từ cách đây 13,8 tỷ năm, mặc dù đó không phải là ánh sáng từ ngôi sao – không có ngôi sao vào thời điểm đó. Ánh sáng xa nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy là nền hạt nhân vi sóng vũ trụ (CMB), là ánh sáng còn lại từ Đại Bang, hình thành chỉ 380,000 năm sau khi vũ trụ chúng ta được sinh ra.

Trước khi Nền hạt nhân vi sóng vũ trụ (CMB) hình thành, vũ trụ chứa đựng các hạt mang điện tích dương protons (bây giờ tạo nên hạt nhân nguyên tử cùng với neutrons) và các electron mang điện tích âm, cùng với ánh sáng. Ánh sáng bị phân tán bởi các hạt mang điện tích, làm cho vũ trụ trở thành một loại súp mù mịt. Khi vũ trụ mở rộng, nó nguội đi cho đến khi electron cuối cùng kết hợp với proton để tạo ra nguyên tử.

Khác với súp hạt, các nguyên tử không có điện tích, vì vậy ánh sáng không còn bị phân tán và có thể di chuyển qua vũ trụ theo đường thẳng. Ánh sáng này đã tiếp tục du hành qua vũ trụ cho đến khi nó đến với chúng ta ngày nay. Bước sóng của ánh sáng dài ra khi vũ trụ mở rộng – và hiện nay chúng ta nhìn thấy nó dưới dạng sóng hấp thụ nhiệt (microwaves). Ánh sáng này chính là CMB và có thể nhìn thấy đều ở tất cả các điểm trên bầu trời. CMB hiện diện ở mọi nơi trong vũ trụ.

Ánh sáng CMB là thời điểm xa nhất mà chúng ta đã nhìn thấy, và chúng ta không thể nhìn thấy ánh sáng từ thời kỳ trước đó vì ánh sáng đó đã bị phân tán và vũ trụ là mờ.

Tuy nhiên, có khả năng rằng một ngày nào đó chúng ta có thể nhìn thấy thậm chí xa hơn CMB. Để làm điều này, chúng ta không thể sử dụng ánh sáng – chúng ta sẽ cần sử dụng các sóng hấp thụ nhiệt. Đây là những sóng gợn trong cấu trúc không gian thời gian chính. Nếu có bất kỳ sóng nào hình thành trong sương mù của vũ trụ sớm, thì chúng có thể tiếp cận chúng ta ngày nay.

Bài viết của Carolyn Devereux, Giảng viên Cao cấp về Thiên văn học, Đại học Hertfordshire

Bài viết được tái xuất bản từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.