Đài thiên văn ALMA ở Chile quan sát thấy hình ảnh mờ nhạt của một thiên hà xoắn ốc hình thành chỉ sau sự kiện Big Bang 1,4 tỷ năm.
Các nhà thiên văn học đến nay vẫn chưa biết nhiều về kỷ nguyên ngay sau Vụ nổ Lớn (Big Bang). Vũ trụ khi đó được cho là rất nóng, dày đặc và chưa có các thiên hà xoắn ốc như dải Ngân Hà của chúng ta, vì vậy, rất khó để xác định thời điểm đầu tiên hệ thống phức tạp này hình thành. Tuy nhiên, khoảng trống kiến thức này đang dần được thu hẹp với khám phá mới của Viện Khoa học Tự nhiên Quốc gia Nhật Bản (NINS).
Phân tích dữ liệu từ Đài thiên văn Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ở Chile, nhóm nghiên cứu NINS đã phát hiện hình ảnh mờ nhạt của một thiên hà có cấu trúc xoắn ốc khoảng 12,4 tỷ năm tuổi, có nghĩa là nó hình thành chỉ 1,4 tỷ năm sau sự kiện Big Bang. Đây là thiên hà cổ xưa nhất của loại hình này từng được biến đến.
"Việc phát hiện một thiên hà có hình thái xoắn ốc ở giai đoạn sơ khai rất có ý nghĩa vì nó cho chúng ta manh mối về một câu hỏi lớn trong vũ trụ học: Thiên hà xoắn ốc đầu tiên hình thành khi nào và như thế nào?", tác giả chính của nghiên cứu Takafumi Tsukui từ NINS nhấn mạnh: "Tôi rất phấn khích vì chưa bao giờ thấy bằng chứng rõ ràng như vậy về một đĩa quay có cấu trúc xoắn ốc và khối lượng tập trung trong một thiên hà xa xôi. Chất lượng dữ liệu ALMA tốt đến mức tôi có thể nhìn thấy nhiều chi tiết như thể đang quan sát một thiên hà ở gần".
Thiên hà xoắn ốc cổ xưa nhất chụp bởi Đài thiên văn ALMA ở Chile. Ảnh: ESO/MAOJ/NRAO.
Trong bài đăng trên tạp chí Science hôm 20/5, nhóm nghiên cứu đặt tên cho thiên hà mới là BRI 1335-0417. Nó chứa một lượng lớn bụi, che mất ánh sáng của các vì sao. Điều này đã cản trở khả năng nghiên cứu chi tiết hệ thống thông qua ánh sáng khả kiến. Tuy nhiên, ALMA có thể phát hiện ra sự phát xạ vô tuyến từ các ion carbon trong thiên hà, cho phép tìm hiểu những gì diễn ra bên trong nó.
Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng họ đã xác định được một cấu trúc xoắn ốc kéo dài 15.000 năm ánh sáng từ trung tâm của thiên hà. Tổng khối lượng ước tính của các ngôi sao và vật chất ở môi trường liên sao trong BRI 1335-0417 gần bằng khối lượng dải Ngân Hà của chúng ta.
"Vì BRI 1335-0417 là một vật thể rất xa xôi, chúng ta khó nhìn thấy rìa của thiên hà trong quan sát này. Đối với một thiên hà tồn tại trong vũ trụ sơ khai, BRI 1335-0417 là một hệ thống khổng lồ", Tsukui nhận xét.
Vậy bằng cách nào mà cấu trúc xoắn ốc phức tạp này có thể hình thành chỉ trong 1,4 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang? Các nhà nghiên cứu đã xem xét nhiều nguyên nhân có thể xảy ra và cho rằng đó là do sự tương tác với một thiên hà nhỏ hơn. BRI 1335-0417 vào thời điểm được quan sát vẫn đang tích cực hình thành sao mới và nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng khí ở phần ngoài của thiên hà không ổn định về mặt hấp dẫn, tạo điều kiện cho sự hình thành sao. Tình trạng này dễ xảy ra khi một lượng lớn khí được cung cấp từ bên ngoài, có thể do va chạm với các thiên hà nhỏ hơn.
Số phận của BRI 1335-0417 vẫn là một bí ẩn. Các thiên hà chứa lượng lớn bụi và tích cực tạo ra sao mới trong vũ trụ sơ khai được cho là tổ tiên của các thiên hà elip khổng lồ trong vũ trụ hiện đại. Trong trường hợp đó, BRI 1335-0417 có thể thay đổi hình dạng của nó từ thiên hà hình đĩa xoắn ốc sang thiên hà hình elip. Tuy nhiên, các nhà khoa học không loại trừ khả năng nó vẫn tồn tại dưới dạng thiên hà xoắn ốc trong một thời gian dài. BRI 1335-0417 sẽ đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu về sự tiến hóa hình dạng thiên hà trong lịch sử lâu dài của vũ trụ.