Các thiên hà tí hon từng soi sáng "thời kỳ đen tối" của vũ trụ

Trong vũ trụ sơ khai, từng có một "kỷ nguyên đen tối" bí ẩn khi vũ trụ bị bao phủ bởi một lớp khí hydro trung tính dày đặc, khiến ánh sáng khó xuyên qua. Giai đoạn quan trọng này trong quá trình tiến hóa vũ trụ đã là trọng tâm nghiên cứu của các nhà thiên văn học trong nhiều thập kỷ.

Giờ đây, nhờ khả năng quan sát vượt trội của Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), các nhà khoa học đã đạt được một bước đột phá, phát hiện ra rằng những thiên hà nhỏ bé, rực rỡ có thể đã đóng vai trò quan trọng trong việc xua tan màn sương mù này và thắp sáng lại ánh sáng trong vũ trụ sơ khai.

Khoảng 380.000 năm sau Vụ Nổ Lớn Big Bang, vũ trụ dần nguội đi, cho phép các hạt mang điện tích tự do trước đó (proton và electron) kết hợp lại và tạo thành một lượng lớn các nguyên tử hydro trung tính. Những nguyên tử hydro trung tính này, giống như một lớp sương mù vũ trụ dày đặc, hấp thụ hầu hết ánh sáng, khiến toàn bộ vũ trụ trở nên mờ đục và bước vào "kỷ nguyên tối vũ trụ" kéo dài hàng trăm triệu năm.

Mãi cho đến khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên hình thành, phát ra bức xạ tia cực tím đủ mạnh, thì các nguyên tử hydro trung tính này mới dần bị ion hóa, làm cho vũ trụ trong suốt trở lại và bước vào cái mà ngày nay chúng ta gọi là "kỷ nguyên tái ion hóa".

Từ lâu, cộng đồng thiên văn học đã tranh luận về việc liệu những thiên hà khổng lồ cực kỳ sáng trong vũ trụ sơ khai, hay vô số các thiên hà nhỏ mờ nhạt riêng lẻ, có đóng góp phần lớn năng lượng trong quá trình tái ion hóa vũ trụ hay không. Dữ liệu quan sát gần đây từ kính viễn vọng không gian JWST cho thấy, các thiên hà nhỏ nhất là yếu tố chính.

Nghiên cứu chỉ ra rằng, mặc dù các thiên hà nhỏ này có thể có lượng năng lượng phát ra hạn chế khi hoạt động riêng lẻ, nhưng số lượng khổng lồ và sự phân bố rộng khắp của chúng có nghĩa là bức xạ mạnh mẽ tập thể của chúng có khả năng tích lũy lại, hoạt động như vô số "đèn pin vũ trụ", dần dần xua tan màn sương mù của vũ trụ sơ khai và chiếu sáng nó một lần nữa.

Khám phá đột phá này là nhờ những quan sát chi tiết của kính viễn vọng không gian JWST về cụm thiên hà Abell 2744 (còn được gọi là Cụm Pandora). Cụm thiên hà khổng lồ này nằm trong chòm sao Điêu khắc, cách Trái đất khoảng 4 tỷ năm ánh sáng.

Nghiên cứu này làm sáng tỏ một bí ẩn vũ trụ quan trọng, và các nhà khoa học mong chờ kính viễn vọng không gian JWST tiếp tục các quan sát chuyên sâu để thu thập thêm dữ liệu về các thiên hà trong vũ trụ sơ khai và các quá trình tái ion hóa, từ đó tinh chỉnh hơn nữa sự hiểu biết của chúng ta về cách "kỷ nguyên đen tối" của vũ trụ kết thúc và hé lộ một bức tranh chi tiết về sự ra đời của những ngôi sao và thiên hà đầu tiên.

Khám phá này không chỉ viết lại hiểu biết của chúng ta về bình minh vũ trụ, mà còn khẳng định tiềm năng mang tính cách mạng của Kính JWST trong việc khám phá nguồn gốc của vũ trụ.