Ngôi Sao Xa Nhất Mở Rộng Ánh Sáng Mới về Vũ Trụ Sớm

Khoảng 12.9 tỷ năm trước, lúc bình minh của vũ trụ đã biết, một vì sao đã ra đời. Nó lớn hơn 50 lần so với Mặt Trời của chúng ta và sáng hơn một triệu lần, và—giống như phần lớn vũ trụ sớm—có thể được tạo thành chủ yếu từ các nguyên tố nhẹ, như hydro và helium.

Ngôi sao này đốt cháy nhanh và sáng, và có lẽ chỉ tồn tại trong một triệu năm—một nháy mắt trong quy định thời gian vũ trụ. Nay được đặt tên là Earendel theo tiếng Anh cũ có nghĩa là “sao mai,” nó có thể đã không bao giờ được biết đến nếu không có một chuỗi những sự trùng hợp đáng chú ý đã giúp nó bị nhìn thấy bởi kính thiên văn Hubble và trở thành ngôi sao xa nhất từng được nhìn thấy từ Trái Đất.

Khám Phá Earendel mở ra một cái nhìn vào tỷ năm đầu tiên sau Sự nổ lớn, khi vũ trụ chỉ là 7% so với độ tuổi hiện tại của nó. Ở cự ly 12.9 tỷ năm ánh sáng, nó phá hủy kỷ lục trước đó là 9 tỷ năm, cũng do Hubble thiết lập khi nó quan sát một ngôi sao màu xanh lớn mang tên Icarus vào năm 2018.

Đến nay, những đối tượng nhỏ nhất nhìn thấy ở khoảng cách này đã là cụm sao bên trong các thiên hà sớm. “Rất điên rồ khi chúng ta có thể nhìn thấy một ngôi sao ở xa như vậy,” nói Guillaume Mahler, từ Trung tâm Thiên ngoại hệ học tại Đại học Durham, Vương quốc Anh, người làm phần của một đội ngũ quốc tế đã tham gia vào nghiên cứu. “Không ai đã hy vọng chúng ta sẽ có thể nhìn thấy nó.”

Thực tế, Earendel có thể là ngôi sao xa nhất mà chúng ta từng có thể nhìn thấy, vì việc phát hiện nó chỉ có thể xảy ra nhờ vào điều gì mà nhà thiên văn học NASA Michelle Thaler gọi là “một sự trùng hợp của quy mô ngôi sao.” Ngôi sao này đã tình cờ được sắp xếp hoàn hảo với cả Hubble và một loại kính thu phóng tự nhiên được cung cấp bởi một cụm thiên hà khổng lồ đặt giữa Trái Đất và Earendel. Thông qua hiện tượng được biết đến là ảnh hưởng của trọng lực, cụm này, được gọi là WHL0137-08, hoạt động như một kính lúp, làm cong không gian và tăng cường ánh sáng của các đối tượng xa phía sau nó. “Cụm thiên hà này thực sự đang tạo ra kính lúp tuyệt vời này, một loại kính thiên nhiên—một kính thiên văn được tạo ra từ chính không gian,” Thaler nói.

Điều đó làm tăng ánh sáng của Earendel lên hàng nghìn lần và cho phép Hubble nhìn thấy xa hơn bao giờ hết. “Đó là một khoảng cách đáng kinh ngạc. Và điều đặc biệt ở đó là, vì ánh sáng đã mất 12.9 tỷ năm để đến với chúng ta, chúng ta đang nhìn thấy vũ trụ như một đứa bé,” nói Becky Smethurst, một nhà thiên văn học tại Đại học Oxford không liên quan đến nghiên cứu. Cô và những người khác đối chiếu hiện tượng ảnh hưởng của trọng lực với các mẫu sáng tại đáy hồ bơi, được tạo ra bởi những làn sóng nước trên bề mặt bắt và tập trung ánh sáng.

“Ban đầu, chúng tôi gần như không tin nó, nó xa nhiều hơn so với ngôi sao xa nhất trước đây,” Brian Welch, một sinh viên tiến sĩ tại Đại học Johns Hopkins và tác giả chính của một bài báo trên Tự nhiên mô tả phát hiện, nói trong một thông cáo báo chí của NASA. “Thường ở những khoảng cách như thế này, toàn bộ thiên hà chỉ nhìn như những dấu vết nhỏ. Thiên hà chứa ngôi sao này đã được phóng đại và biến dạng bởi ảnh hưởng của trọng lực thành một vòng cung dài mà chúng tôi đặt tên là ‘Cung Bình Minh.’”

Bằng cách nghiên cứu chi tiết cung này, như một phần của chương trình RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) của Hubble—phân tích hình ảnh chụp qua những kính lúp trọng lực này để nhìn vào vũ trụ sớm—Welch đã có thể nhận biết Earendel, ngôi sao nổi bật từ sự phát sáng chung của thiên hà gốc, nhờ hiệu ứng kính lúp tăng cường độ sáng của nó. Welch là một fan của tác phẩm của J.R.R. Tolkein và đặt tên ngôi sao theo một nhân vật từ The Silmarillion có nghĩa là sao mai. “Chúng tôi nghĩ rằng đó là rất thích hợp, bởi vì đây là một ngôi sao từ bình minh của hình thành ngôi sao, bình minh của thời gian,” Thaler nói.

Mặc dù Earendel đã mất từ lâu, nhìn vào “hình ảnh bé” của nó có thể đưa ra những gợi ý quan trọng về bản chất của vũ trụ và nguồn gốc của vật chất. “Bạn đang nhìn vào thời điểm khi hầu hết các nguyên tố hóa học tạo nên cơ thể chúng ta đã được hình thành,” Thaler nói. “Vũ trụ bắt đầu chỉ với khí hydro và helium. Chỉ vậy thôi. Mọi thứ khác, như canxi trong răng tôi hoặc sắt trong máu tôi, phải được tạo ra bên trong nhân tinh của ngôi sao rồi nổ tung. Và vì vậy, thế hệ đầu tiên của các ngôi sao này đã sản xuất ra một lượng lớn các hợp chất nặng, giàu chất, những thứ làm cho cuộc sống trở nên có thể.”

Các nhà nghiên cứu đã có thể đưa ra những suy luận cơ bản về Earendel dựa trên độ sáng và hồ sơ màu sắc của nó. Nhưng để biết thêm và xác nhận rằng đó thực sự là một ngôi sao duy nhất chứ không phải là một hệ thống sao đôi hoặc ba, cần thêm nhiều quan sát hơn. Đó là nơi kính thiên văn không gian James Webb vừa mới phóng có thể đóng một vai trò quan trọng. Hubble đã 32 tuổi và có thể chỉ còn một thập kỷ nữa, nên việc ngôi sao này đã sắp xếp với kính lúp trọng lực trong khoảng thời gian ngắn khi cả Hubble và JWST đều sẵn có để chụp ảnh là một đòn bẩy khác của may mắn cho các nhà khoa học. “Cả hai cùng nhau sẽ tiết lộ nhiều hơn về vũ trụ so với chúng ta từng biết,” Smethurst nói.

Không giống như Hubble, chủ yếu quan sát trong phổ ánh sáng nhìn thấy được, JWST quan sát trong phổ hồng, điều này sẽ cung cấp nhiều thông tin hơn về thành phần hóa học của Earendel. “Webb thực sự có thể chú ý vào điều đó, thực hiện một số phổ quang, tách ánh sáng thành cầu vồng để xác định hóa học là gì, nhiệt độ của ngôi sao là bao nhiêu, tất cả những điều đó,” Thaler nói.

Có một cơ hội nhỏ rằng Earendel có thể là một ngôi sao loại Dân số III—một danh mục giả tưởng về các đối tượng sao chứa toàn bộ hydro và helium, xuất hiện ngay sau Sự nổ lớn. “Chúng ta không có bất kỳ ngôi sao nào như vậy trong Dải Ngân Hà vì nó đã già nua rất nhiều,” Becky Smethurst nói. “Nó có thể chứng minh mảnh cuối cùng của lý thuyết về hạt nhân tổng hợp—cách các nguyên tố được hình thành trong các ngôi sao.”

Thậm chí nếu không phải là một ngôi sao loại Dân số III, nghiên cứu Earendel và các đối tượng sao xa khác có thể cho chúng ta biết thêm về thời điểm nào các nguyên tố cụ thể lần đầu tiên xuất hiện. “Nếu nó cho thấy có một số lượng lít hoặc beryllium chẳng hạn, nó sẽ nói cho chúng ta biết khi nào những nguyên tố đó bắt đầu được hình thành,” Becky Smethurst nói. “Nếu nó chỉ toàn hydro, nó sẽ nói cho chúng ta biết làm thế nào các nguyên tố nặng hình thành nhanh chóng trong vũ trụ sớm, hoặc tại điểm nào bạn bắt đầu có hành tinh và điều kiện sớm cho cuộc sống. Có phải là một tỷ năm sau Sự nổ lớn, hay 2 tỷ năm? Liệu một nền văn minh thông minh có thể đã xuất hiện và biến mất trong thời gian đó không?”

• 📩 Tin tức mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
• Hậu quả của một bi kịch tự lái
• Cách mọi người thực sự kiếm tiền từ crypto
• Ống nhòm tốt nhất để phóng to thực tế
• Facebook đang gặp vấn đề về tội phạm tình dục với trẻ em
• Thủy ngân có thể chứa đầy kim cương
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 💻 Nâng cấp trò chơi làm việc của bạn với những chiếc laptop, bàn phím, phương án gõ và tai nghe chống ồn của đội ngũ Gear yêu thích của chúng tôi