Các nhà thiên văn học vừa phát hiện ra ngôi sao xa nhất Chúng ta có thể nhìn thấy thời gian quay ngược bao xa nữa?

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Ngôi sao Earendel Kính viễn vọng không gian Hubble Ngôi sao thiên hà

Kính viễn vọng không gian Hubble đã quan sát được ngôi sao xa nhất từng thấy: Earendel, nghĩa là sao mai. Mặc dù Earendel có khối lượng gấp 50 lần mặt trời và sáng hơn hàng triệu lần, nhưng thông thường chúng ta sẽ không thể nhìn thấy nó. Chúng ta có thể nhìn thấy nó do sự thẳng hàng của ngôi sao với một cụm thiên hà lớn phía trước nó mà lực hấp dẫn của nó bẻ cong ánh sáng từ ngôi sao để làm cho nó sáng hơn và tập trung hơn, về cơ bản là tạo ra một thấu kính.

Các nhà thiên văn học nhìn vào quá khứ sâu thẳm khi chúng ta xem các vật thể ở xa. Ánh sáng truyền với tốc độ không đổi (3 × 10⁸ mét / giây) vì vậy vật thể càng ở xa thì ánh sáng đến được chúng ta càng lâu. Vào thời điểm ánh sáng đến với chúng ta từ những ngôi sao rất xa, ánh sáng mà chúng ta đang nhìn có thể có tuổi đời hàng tỷ năm. Vì vậy, chúng tôi đang xem xét các 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 được phát ra từ ngôi sao cách đây 12.9 tỷ năm; chúng tôi gọi đây là thời gian nhìn lại. Đó là chỉ 900 triệu năm sau vụ nổ Big Bang. Nhưng bởi vì vũ trụ cũng đã mở rộng nhanh chóng trong thời gian ánh sáng này đến được với chúng ta, Earendel hiện cách chúng ta 28 tỷ năm ánh sáng.

Giờ đây, người kế nhiệm của Hubble, Kính viễn vọng Không gian James Webb (JST), đang ở vị trí nó có thể có thể phát hiện ra những ngôi sao thậm chí còn sớm hơn, mặc dù có thể không có nhiều ngôi sao được căn chỉnh phù hợp để tạo thành một “thấu kính hấp dẫn” để chúng ta có thể nhìn thấy nó.

Để nhìn ngược thời gian xa hơn, các vật thể cần phải rất sáng. Và những vật thể xa nhất mà chúng ta từng thấy là những thiên hà lớn nhất và sáng nhất. Những thiên hà sáng nhất là những thiên hà có chuẩn tinh — những vật thể phát sáng được cho là được cung cấp năng lượng bởi lỗ đen siêu lớn-trong chúng.

Trước năm 1998, các thiên hà chuẩn tinh được phát hiện xa nhất có thời gian nhìn lại khoảng 12.6 tỷ năm. Độ phân giải được cải thiện của Kính viễn vọng Không gian Hubble đã tăng thời gian nhìn lại lên 13.4 tỷ năm và với JWST, chúng tôi dự kiến sẽ cải thiện điều này có thể lên 13.55 tỷ năm cho thiên hà và các ngôi sao.

Các ngôi sao bắt đầu hình thành vài trăm triệu năm sau Big Bang, trong thời gian mà chúng tôi gọi là bình minh vũ trụ. Chúng tôi muốn có thể nhìn thấy các ngôi sao vào buổi bình minh vũ trụ, vì điều này có thể xác nhận lý thuyết của chúng tôi về cách vũ trụ và các thiên hà hình thành. Điều đó nói rằng, nghiên cứu cho thấy chúng ta có thể không bao giờ có thể nhìn thấy những vật thể ở xa nhất bằng kính thiên văn với độ chi tiết như chúng ta muốn — vũ trụ có thể có giới hạn độ phân giải cơ bản.

Tại sao phải nhìn lại?

Một trong những mục tiêu chính của JWST là biết vũ trụ sơ khai trông như thế nào và khi nào các ngôi sao và thiên hà sơ khai hình thành, được cho là từ 100 triệu đến 250 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Và, thật may mắn, chúng ta có thể nhận được những gợi ý về điều này bằng cách nhìn lại xa hơn những gì Hubble hoặc JWST có thể quản lý.

Chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng từ 13.8 tỷ năm trước, mặc dù nó không phải là ánh sáng sao - khi đó không có các ngôi sao. Ánh sáng xa nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy là nền vi sóng vũ trụ (CMB), là ánh sáng còn sót lại từ Vụ nổ lớn, hình thành chỉ 380,000 năm sau khi vũ trụ của chúng ta ra đời.

Vũ trụ trước khi CMB hình thành chứa các hạt mang điện tích của proton dương (bây giờ tạo nên hạt nhân nguyên tử cùng với neutron) và các electron âm, và ánh sáng. Ánh sáng bị phân tán bởi các hạt tích điện, khiến vũ trụ trở thành một món súp sương mù. Khi vũ trụ giãn nở, nó nguội đi cho đến khi các electron kết hợp với các proton để tạo thành nguyên tử.

Không giống như súp của các hạt, các nguyên tử không có điện tích, vì vậy ánh sáng không còn bị phân tán và có thể di chuyển trong vũ trụ theo một đường thẳng. Ánh sáng này đã tiếp tục đi khắp vũ trụ cho đến khi nó đến với chúng ta ngày nay. Bước sóng của ánh sáng dài hơn khi vũ trụ giãn nở, và chúng ta hiện đang coi nó là vi sóng. Ánh sáng này là CMB và có thể được nhìn thấy đồng nhất ở tất cả các điểm trên bầu trời. CMB có ở khắp mọi nơi trong vũ trụ.

*Cận cảnh Earendel. Khoa học: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI); Xử lý hình ảnh: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)*

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

Tuy nhiên, có một khả năng mà chúng ta có thể thấy một ngày nào đó vượt ra ngoài CMB. Để làm được điều này, chúng ta không thể sử dụng ánh sáng. Chúng tôi sẽ cần sử dụng sóng hấp dẫn. Đây là những gợn sóng trong cấu trúc của chính không thời gian. Nếu có bất kỳ hình thành nào được hình thành trong sương mù của vũ trụ rất sớm, thì chúng có khả năng đến được với chúng ta ngày nay.

Vào năm 2015, sóng hấp dẫn đã được phát hiện từ sự hợp nhất của hai lỗ đen bằng cách sử dụng máy dò LIGO. Có thể là thế hệ tiếp theo máy dò sóng hấp dẫn dựa trên không gian—Chẳng hạn như kính thiên văn Lisa của Esa, dự kiến phóng vào năm 2037 — sẽ có thể nhìn vào vũ trụ rất sớm trước khi CMB hình thành cách đây 13.8 tỷ năm.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Tín dụng hình ảnh: Chế độ xem của Hubble về Earendel. Khoa học: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI); Xử lý hình ảnh: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)

Dấu thời gian: 7 Tháng Tư, 2022