Kính viễn vọng James Webb phát hiện ra một cụm băng không gian lạnh nhất trong toàn bộ Vũ trụ

Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) tiếp tục mở rộng sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ khi phát hiện ra khu vực có nhiệt độ cực thấp chưa từng được ghi nhận trước đây.

Hệ thống kính viễn vọng không gian mạnh mẽ nhất mà con người từng chế tạo đã khám phá ra một cụm băng vũ trụ nguyên sơ bên trong một đám mây bụi dày, chứa những phân tử có thể ủng hộ sự hình thành của sự sống. Nhưng cần lưu ý, khi nói về “sự sống”, chúng ta chỉ biết đến một phần nhỏ của nó.

Số băng này có nhiệt độ giảm xuống tới -440°F, tức là -263°C, thiết lập một kỷ lục mới về số băng vũ trụ lạnh nhất từng được đo lường. Để so sánh, nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được (theo lý thuyết) là 0 độ K, tương đương với -273.15°C hoặc -459.67°F; và điểm lạnh nhất trong Vũ trụ là Tinh vân Boomerang, cách Trái Đất 5.000 năm ánh sáng, lạnh đến 1 độ K, tương đương với -457.87°F hoặc -272.1°C.

Klaus Pontoppidan, một nhà thiên văn học tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian và đồng tác giả của báo cáo nghiên cứu, khẳng định rằng không thể quan sát được số băng này nếu thiếu kính viễn vọng Webb.

JWST đã nghiên cứu một vùng gọi là Chameleon I, nằm ở phía Nam chòm sao Chameleon, cách Trái Đất khoảng 630 năm ánh sáng; đây là một trong những vùng hình thành sao gần chúng ta nhất, với hàng chục đám mây bụi tạo sao. Khu vực này trước đây được xem là những “lỗ hổng” trên bầu trời: là những đám mây phân tử tối dày đặc với khí và bụi, đến mức chặn toàn bộ ánh sáng từ các ngôi sao ở phía sau.

Các đám mây như Chameleon I là nơi sinh sản các ngôi sao trẻ; chúng dần biến mất, và qua thời gian, khu vực này tạo ra cả các ngôi sao và có thể cả các hành tinh có bề mặt rắn. Tuy nhiên, những khối băng lạnh sâu bên trong mới quyết định đám khí và bụi này chứa những thành phần hóa học gì, và chất nào trong số đó có thể hỗ trợ việc hình thành sự sống.

Nhờ vào công cụ mạnh mẽ của kính Webb, bao gồm cả camera hồng ngoại gần (NIRCam) có khả năng khám phá sâu, các nhà thiên văn đã nhìn sâu vào vùng trung tâm của Chameleon I và phát hiện ra băng ở giai đoạn đầu của quá trình biến đổi — ngay trước khi lõi của đám mây sụp đổ, bắt đầu hình thành sao.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng ánh sáng từ hai ngôi sao NIR38 và J110621 để chiếu sáng Chameleon I ở bước sóng hồng ngoại. Bị khóa bởi băng, các phân tử trong đám mây Chameleon I hấp thụ ánh sáng từ các ngôi sao ở các bước sóng hồng ngoại khác nhau. Sau đó, các nhà thiên văn đã nghiên cứu các dấu vết hóa học xuất hiện như sự suy giảm trong dữ liệu phổ thu được. Dữ liệu này giúp nhóm xác định lượng từng loại phân tử có trong lòng Chameleon I.

Bên trong băng có gì?

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một hỗn hợp các hợp chất hỗ trợ sự sống như nước, carbon dioxide, carbon monoxide, methane và ammonia. Quan sát cũng tiết lộ dấu hiệu của băng carbonyl sulfide, cho phép các nhà khoa học đo lường lượng lưu huỳnh — một nguyên tố khác mà sự sống trên Trái Đất cần có — có mặt trong các đám mây phân tử.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện methanol, hợp chất hữu cơ đơn giản nhất, được coi là một chỉ báo rõ ràng về các quá trình hóa học diễn ra trong giai đoạn đầu của quá trình hình thành sao và hành tinh.

'Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu có thể khảo sát thành phần của băng ở gần trung tâm của một đám mây phân tử trước khi các ngôi sao bắt đầu hình thành', Melissa McClure, một nhà thiên văn học tại Đài quan sát Leiden ở Hà Lan và là tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh.

Ý nghĩa của việc phát hiện mới

Bắt đầu từ các đám mây phân tử tương tự như Chameleon I là các vùng phân tán của bụi và khí. Băng chứa các phân tử quan trọng cần thiết cho việc hình thành sự sống trên bề mặt lớp bụi.

Với dữ liệu từ kính Webb, các nhà thiên văn học biết được rằng một số nguyên tố ở Chameleon I ít hơn so với dự kiến nếu xét đến mật độ của đám mây.

Ví dụ, chỉ có 1% lượng lưu huỳnh, 19% lượng oxy và carbon, và chỉ 13% tổng lượng nitơ được các nhà nghiên cứu phát hiện. Các nhà nghiên cứu ghi chú rằng những nguyên tố này có thể bị mắc kẹt trong số bằng tồn tại ở những khu vực khác mà ánh sáng từ NIR38 và J110621 không chiếu qua.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự định sử dụng dữ liệu từ kính Webb để ước lượng kích thước của các hạt bụi và hình dạng của băng.