Phát hiện chấn động: Thiên hà 1,4 tỷ năm tuổi hé lộ bí mật vũ trụ trong suốt

Các nhà thiên văn học sử dụng Kính viễn vọng Hubble của NASA đã phát hiện ra rằng thiên hà MXDFz4.4 là thiên hà phát xạ Lyman Continuum (LyC) có dịch chuyển đỏ cao nhất từng được ghi nhận , một thiên hà tồn tại chỉ 1,4 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn . Phát hiện này cung cấp cái nhìn trực tiếp và chi tiết về cách ánh sáng ion hóa từ một thiên hà duy nhất đã giúp xua tan màn sương mù đục của vũ trụ sơ khai, đồng thời đẩy lùi mốc thời gian đã biết của quá trình tái ion hóa, cho thấy quá trình này vẫn đang diễn ra mạnh mẽ muộn hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.

Dưới đây là các chi tiết và khám phá cụ thể:

• Tuổi và Dịch chuyển đỏ (Redshift): Thiên hà được quan sát ở dịch chuyển đỏ z=4,442, nghĩa là nó tồn tại khi vũ trụ khoảng 1,4 tỷ năm tuổi . Quan trọng hơn, nó chỉ xuất hiện khoảng 250 triệu năm sau khi Kỷ nguyên Tái ion hóa (Epoch of Reionization - EoR) kết thúc . Việc tìm thấy một thiên hà phát xạ ion hóa mạnh như vậy sau EoR là điều "không ai ngờ tới" và cho thấy quá trình tái ion hóa là một quá trình kéo dài, diễn ra từ từ và kéo dài hơn nhiều so với mốc kết thúc thường được giả định .

• Kích thước và sự hình thành sao: Những hình ảnh chi tiết từ Hubble cho thấy thiên hà chứa các ngôi sao trẻ tụ tập chặt chẽ . Nhiều đợt bùng nổ hình thành sao đã dọn sạch khí gas bên trong và xung quanh MXDFz4.4, cho phép ánh sáng cực tím mạnh mẽ của nó thoát ra ngoài .

• Tỷ lệ ánh sáng ion hóa thoát ra: Tỷ lệ các photon ion hóa (Lyman continuum) thoát ra khỏi thiên hà là cực kỳ cao, được đo trong khoảng 53–100% . Đây là tỷ lệ thoát cao hơn nhiều so với mức <5–10% thường thấy ở các thiên hà dịch chuyển đỏ thấp khác, biến MXDFz4.4 trở thành một "thiên hà phát xạ LyC mạnh" (strong LCE) và là một ví dụ điển hình cho loại thiên hà có thể đã thúc đẩy quá trình tái ion hóa .

• Giải thích sự chuyển đổi từ vũ trụ đục sang trong suốt: Thiên hà này là một thiên hà phát xạ Lyman Continuum mạnh, có nghĩa là nó rò rỉ một lượng đáng kể các photon UV năng lượng cao có khả năng ion hóa hydro trung tính . Điều này trực tiếp chứng minh một cơ chế cho sự chuyển đổi: sự hình thành sao dữ dội, cô đặc bên trong thiên hà đã tạo ra các kênh thông qua khí trung tính, cho phép bức xạ ion hóa thoát ra ngoài môi trường liên thiên hà và biến khí trung tính đục thành plasma trong suốt .

• Vai trò của Hubble, Webb và Kính thiên văn Rất Lớn (VLT):

  • Hubble (HST): Cung cấp hình ảnh chi tiết, độ phân giải cao, cho thấy cấu trúc của các cụm sao và các kênh thoát khí trong thiên hà . Hubble là kính đầu tiên phát hiện ra ánh sáng UV bất ngờ từ thiên hà này .
  • Kính thiên văn Rất Lớn (VLT / MUSE): Thiên hà được xác định là mục tiêu trong Trường Cực Sâu MUSE (MXDF) . Thiết bị MUSE trên VLT đã cung cấp quang phổ độ sâu, độ phân giải không gian để xác nhận dịch chuyển đỏ cao của thiên hà và đo hình thái vạch Lyman-alpha, được sử dụng để truy tìm ánh sáng Lyman continuum thoát ra .
  • Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST / NIRISS): Thiết bị NIRISS của JWST đã chụp quang phổ của MXDFz4.4 trong khuôn khổ chương trình NGDEEP. Mặc dù không phát hiện vạch phát xạ nào trong quang phổ đó, dữ liệu được sử dụng để loại trừ các dịch chuyển đỏ thay thế (ví dụ: sự trùng hợp ngẫu nhiên với một vật thể dịch chuyển đỏ thấp) và giúp tinh chỉnh trắc quang của thiên hà .

• Đẩy lùi mốc thời gian tái ion hóa: Các mô hình tiêu chuẩn đặt điểm kết thúc của Kỷ nguyên Tái ion hóa vào khoảng 1,1 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn. MXDFz4.4, được quan sát 1,4 tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn, là một thiên hà phát xạ LyC mạnh 250 triệu năm sau khi EoR được cho là đã kết thúc . Sự tồn tại của nó cho thấy các thiên hà rò rỉ ánh sáng ion hóa vẫn phổ biến muộn hơn nhiều trong lịch sử vũ trụ so với suy nghĩ trước đây, gợi ý rằng quá trình tái ion hóa không phải là một sự kiện đơn lẻ, mà là một quá trình kéo dài, diễn ra từ từ và tiếp tục mạnh mẽ vào các thời kỳ vũ trụ sau này .