JWST đã dùng COSMOS-Web để lập bản đồ mạng vũ trụ chi tiết nhất như thế nào?

COSMOS-Web đã giúp vẽ bản đồ này ra sao?

Sức mạnh của COSMOS-Web nằm ở hai chữ: rộng và sâu. Đây là một trong những nỗ lực quan sát lớn ban đầu của JWST, ghép hơn 10.000 lần phơi sáng trên một vùng trời được mô tả rộng khoảng ba Mặt Trăng tròn đặt cạnh nhau, qua đó hé lộ gần 800.000 thiên hà trong bản phát hành rộng hơn .

Trường COSMOS-Web công khai bao gồm ảnh chụp và danh mục gần 800.000 thiên hà trải qua gần như toàn bộ thời gian vũ trụ . Bộ dữ liệu này đại diện cho hơn 250 giờ quan sát bằng Webb, đã được xử lý và sẵn sàng để phân tích .

Riêng nghiên cứu về mạng vũ trụ không dùng toàn bộ danh mục đó, mà chọn một tập con phù hợp. Theo ScienceDaily, nhóm nghiên cứu phân tích hơn 164.000 thiên hà từ COSMOS-Web để lần theo mạng vũ trụ về thời vũ trụ mới khoảng 1 tỷ năm tuổi . Bằng cách xác định các thiên hà trong trường quan sát và so sánh chúng ở những thời kỳ vũ trụ khác nhau, các nhà thiên văn có thể lập bản đồ nơi vật chất tụ lại thành sợi, tấm, cụm và cả những vùng thưa vật chất .

Vì sao bản đồ này quan trọng với câu chuyện hình thành thiên hà?

Một thiên hà không lớn lên trong chân không. Nó có “hàng xóm”, có nguồn khí xung quanh, có các dòng vật chất chảy dọc theo sợi vũ trụ, và có thể nằm trong nút đặc hoặc vùng rỗng. Bản đồ mạng vũ trụ cho phép các nhà nghiên cứu đặt từng thiên hà vào môi trường của nó: ở nút dày đặc, trên một sợi, trong một tấm hay ở vùng cô lập hơn .

Điều này quan trọng vì môi trường có thể ảnh hưởng đến cách thiên hà tích lũy vật chất, tương tác, sáp nhập và phát triển. Một bản đồ đủ chi tiết giúp giới thiên văn hỏi những câu hỏi cụ thể hơn: các thiên hà sơ khai trong vùng dày đặc có tiến hóa khác với thiên hà ở vùng thưa hơn không, và các mô phỏng vũ trụ học có tái tạo được cùng kiểu mạng lưới quy mô lớn hay không .

Kết quả này cũng nối tiếp một câu đố từ các phát hiện COSMOS-Web trước đó. Bản phát hành công khai năm 2025 được đưa tin là cho thấy số thiên hà sơ khai nhiều hơn kỳ vọng khoảng 10 lần . Danh mục gần 800.000 thiên hà cũng được mô tả là đang thách thức một số ý tưởng hiện có về vũ trụ non trẻ . Khi có bản đồ mạng vũ trụ chi tiết hơn, các nhà nghiên cứu có thêm cách kiểm tra liệu sự phong phú sớm đó có liên quan đến cấu trúc quy mô lớn hay không, thay vì xem từng thiên hà xa xôi như một bất ngờ riêng lẻ.

Bản đồ nói gì về vật chất tối?

Bản đồ này không trả lời trực tiếp câu hỏi vật chất tối được cấu tạo từ hạt gì. Giá trị của nó nằm ở chỗ khác: nó lần theo kiến trúc hấp dẫn của vật chất tối một cách gián tiếp. Mạng vũ trụ được mô tả là mạng lưới vật chất tối và khí, trong đó các thiên hà và cụm thiên hà đánh dấu những vùng đậm đặc nhất .

Một hướng nghiên cứu COSMOS-Web liên quan củng cố bức tranh đó. Nhờ ảnh JWST, các nhà khoa học đã dùng kỹ thuật lập bản đồ khối lượng bằng thấu kính hấp dẫn yếu để lần theo vật chất tối trong cụm thiên hà, sợi vũ trụ và vùng thưa vật chất với độ phân giải hơn gấp đôi các khảo sát không gian trước đây, vươn tới độ dịch đỏ z ≈ 2 . Đặt cạnh nhau, bản đồ thiên hà và bản đồ khối lượng cho thấy vật chất nhìn thấy và phần vật chất vô hình được dệt vào nhau qua thời gian vũ trụ .

JWST hơn Hubble ở điểm nào trong bài toán này?

Hubble đã thay đổi cách nhân loại nhìn vào vũ trụ xa, nhưng JWST đặc biệt phù hợp với các thiên hà sớm, mờ và đỏ. Khi ánh sáng từ những thiên hà xa nhất đi qua vũ trụ đang giãn nở, nó bị kéo dài sang bước sóng hồng ngoại; tài liệu của NASA về Webb nhấn mạnh rằng các mục tiêu cực xa này cần thiết bị hồng ngoại để quan sát hiệu quả . Khi kết hợp với dữ liệu Hubble, góc nhìn hồng ngoại của Webb cũng được mô tả là giúp các quan sát sâu đi xa hơn vào vũ trụ .

Với COSMOS-Web, lợi thế hồng ngoại đó được kết hợp với diện tích khảo sát lớn. Chương trình được thiết kế để lập bản đồ 0,6 độ vuông bầu trời bằng camera cận hồng ngoại NIRCam của Webb, đồng thời lập bản đồ một vùng nhỏ hơn 0,2 độ vuông bằng thiết bị hồng ngoại trung MIRI . Bản đồ COSMOS-Web đã phát hành bao phủ một mảnh trời 0,54 độ vuông, khoảng ba lần diện tích biểu kiến của Mặt Trăng khi nhìn từ Trái Đất . Chính sự kết hợp giữa trường quan sát rộng, ảnh hồng ngoại sâu và độ phân giải cao đã giúp JWST biến các phát hiện thiên hà riêng lẻ thành một bản đồ thống kê của cấu trúc quy mô lớn .

COSMOS-Web đã mở đường bằng dữ liệu công khai

Trước kết quả mạng vũ trụ mới, COSMOS-Web đã công bố một “tập bản đồ” lớn của vũ trụ xa. Hợp tác COSMOS phát hành ảnh và danh mục gần 800.000 thiên hà vào năm 2025 như một tài nguyên khoa học mở . Một số thiên hà trong bản đồ được nhìn thấy như chúng từng tồn tại khoảng 13 tỷ năm trước . Ảnh tổng hợp COSMOS-Web cũng được mô tả là nhìn ngược về khoảng 13,5 tỷ năm, trong khi NASA ước tính tuổi vũ trụ khoảng 13,8 tỷ năm .

Điểm đáng chú ý không chỉ là số lượng thiên hà, mà còn là cách dữ liệu được chia sẻ. Các sản phẩm khảo sát đã được xử lý và sẵn sàng cho phân tích, giúp các nhà nghiên cứu và cả công chúng có thể làm việc với dữ liệu thay vì phải bắt đầu từ các tệp thô của kính viễn vọng . Với những cấu trúc hiếm và các thiên hà rất sớm, quy mô lớn như vậy giúp giảm nguy cơ bỏ lỡ những phần quan trọng của bức tranh .

Vậy con số 13,7 tỷ năm nên hiểu thế nào?

Một số bài viết mô tả kết quả mới là bản đồ mạng vũ trụ trải qua 13,7 tỷ năm . Cách diễn đạt thận trọng hơn là: bản đồ này lần theo mạng lưới thiên hà về thời điểm vũ trụ khoảng 1 tỷ năm tuổi . Các sản phẩm COSMOS-Web khác có thể nhìn ngược về khoảng 13,5 tỷ năm theo thời gian ánh sáng truyền tới chúng ta , nhưng kết quả mạng vũ trụ mới không nên được hiểu là bản đồ hoàn chỉnh từ khoảnh khắc đầu tiên sau Big Bang.

Điều đó không làm phát hiện này kém ấn tượng. Ngược lại, nó cho thấy JWST đã đẩy việc lập bản đồ cấu trúc quy mô lớn vào giai đoạn rất sớm của vũ trụ, đồng thời đặt kết quả trên nền một kho dữ liệu công khai đủ lớn để còn tiếp tục tạo ra nhiều nghiên cứu sau này . Nói ngắn gọn: đột phá không nằm ở một bức ảnh “thần kỳ”, mà ở sự kết hợp giữa quan sát hồng ngoại rộng và sâu, danh mục thiên hà khổng lồ, cùng dữ liệu mở cho phép các nhà thiên văn dùng thiên hà để lần theo bộ khung ẩn của vũ trụ .