Bằng chứng về sự tồn tại của thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ đã xuất hiện nhờ các quan sát được thực hiện bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). Bằng chứng nằm ở một trong những thiên hà xa nhất được biết đến.
Thiên hà được chỉ định GN-Z11được phát hiện bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble Vào năm 2015, trước khi phóng Kính viễn vọng Không gian James Webb, nó được coi là thiên hà xa nhất được biết đến. với Dịch chuyển đỏ Từ 10.6, thật hợp lý khi nói về việc nó đã tồn tại được bao lâu chứ không phải là nó đã tồn tại được bao xa. Điều này là do chúng ta thấy GN-z11 chỉ mới 430 triệu năm sau khi xuất hiện vụ nổ lớn Bởi vì cần có thời gian để ánh sáng của nó truyền đến góc vũ trụ của chúng ta. Để so sánh, vũ trụ ngày nay là… 13,8 tỷ năm.
Có liên quan: Các mục tiêu của Kính viễn vọng Không gian James Webb trong năm tới bao gồm các lỗ đen, ngoại mặt trăng, năng lượng tối – và hơn thế nữa
Do đó, GN-z11 là mục tiêu nghiên cứu hàng đầu của Kính viễn vọng Không gian James Webb. Giờ đây, hai bài báo mới mô tả những khám phá sâu sắc về GN-z11 tiết lộ những chi tiết quan trọng về cách các thiên hà tồn tại trong vũ trụ sơ khai phát triển.
GN-z11 là thiên hà sáng nhất được biết đến trong dịch chuyển đỏ đặc biệt này, và thực tế điều này đã trở thành chủ đề phổ biến đối với các thiên hà có dịch chuyển đỏ cao hiện được Kính viễn vọng Không gian James Webb tìm thấy gần như thường xuyên trong Vũ trụ sơ khai. Nhiều trong số chúng có vẻ sáng hơn so với dự đoán của mô hình hình thành thiên hà của chúng tôi. Những dự đoán này dựa trên Mô hình chuẩn của vũ trụ học.
Giờ đây, những quan sát mới của Kính viễn vọng Không gian James Webb dường như đã làm sáng tỏ những gì đang diễn ra.
Một nhóm thiên văn học do Roberto Maiolino thuộc Đại học Cambridge dẫn đầu đã kiểm tra GN-z11 bằng hai thiết bị cận hồng ngoại của Kính viễn vọng Không gian James Webb, Camera Cận Hồng ngoại (NIRCam) và Máy quang phổ Cận Hồng ngoại (NIRSpec). Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra bằng chứng về thế hệ sao đầu tiên, được gọi là sao nhóm thứ ba, cũng như sự tồn tại của một cụm sao hố đen khổng lồ Chúng nuốt chửng một lượng lớn vật chất và phát triển với tốc độ cực nhanh.
Các nhà khoa học có thể tính toán tuổi của một ngôi sao dựa trên lượng nguyên tố nặng dồi dào của nó, được tạo ra bởi các thế hệ sao sống và chết trước đó, phun những nguyên tố nặng đó vào không gian, nơi chúng cuối cùng được tái chế trong các khu vực hình thành sao để tạo thành sao mới. Cơ thể Astral. Những ngôi sao trẻ hơn hình thành trong vòng năm hoặc sáu tỷ năm qua được gọi là sao nhóm thứ nhất và có lượng nguyên tố nặng dồi dào nhất. Mặt trời của chúng ta Là dân số tôi sao. Những ngôi sao già chứa ít nguyên tố nặng hơn vì có ít thế hệ sao đi trước chúng hơn. Chúng ta gọi đây là những ngôi sao nhóm thứ hai và chúng sống ở những vùng lâu đời nhất của chúng ta dải Ngân Hà.
Tuy nhiên, các ngôi sao thuộc nhóm thứ ba cho đến nay vẫn hoàn toàn chỉ là giả thuyết.
Những ngôi sao này được cho là những ngôi sao đầu tiên hình thành và vì không có ngôi sao nào khác trước chúng nên chúng không chứa các nguyên tố nặng và chỉ được tạo thành từ hydro và heli nguyên chất hình thành trong Vụ nổ lớn. Những ngôi sao đầu tiên này cũng được cho là cực kỳ sáng, với khối lượng tương đương với ít nhất vài trăm mặt trời.
Mặc dù các nhà thiên văn học vẫn chưa nhìn thấy trực tiếp các ngôi sao Nhóm III nhưng nhóm của Maiolino đã phát hiện ra bằng chứng gián tiếp về chúng trong GN-z11. NIRSpec quan sát thấy một khối heli bị ion hóa gần rìa của GN-z11.
“Việc chúng ta không thấy thứ gì khác ngoài helium cho thấy khối lượng này phải khá tinh khiết,” Maiolino nói trong báo cáo của mình. tuyên bố. “Đây là điều có thể được mong đợi từ lý thuyết và mô phỏng trong vùng lân cận của các thiên hà đặc biệt lớn từ những kỷ nguyên này – rằng sẽ có những túi khí nguyên sơ còn sót lại trong quầng, và những túi này có thể sụp đổ và tạo thành các ngôi sao nhóm thứ ba.”
Khí helium này bị ion hóa bởi thứ gì đó tạo ra lượng ánh sáng cực tím khổng lồ, được gọi là các ngôi sao Dân số III. Khí heli mà chúng ta thấy có khả năng là vật chất còn sót lại từ quá trình hình thành những ngôi sao đó. Lượng ánh sáng cực tím cần thiết để ion hóa tất cả khí này cần tổng cộng khoảng 600.000 khối lượng mặt trời của các ngôi sao, chiếu sáng tổng độ sáng gấp 20 nghìn tỷ lần so với Mặt trời của chúng ta. Những con số này gợi ý rằng các thiên hà xa xôi như GN-z11 có khả năng hình thành sao lớn tốt hơn các thiên hà trong vũ trụ hiện đại.
Trong khi đó, theo nhóm kết quả thứ hai, nhóm của Maiolino cũng tìm thấy bằng chứng về một lỗ đen có khối lượng gấp 2 triệu mặt trời trong lõi của GN-z11.
Maiolino cho biết trong cùng một tuyên bố: “Chúng tôi đã tìm thấy loại khí rất đậm đặc thường thấy ở vùng lân cận của các lỗ đen siêu lớn tích tụ khí. “Đây là bằng chứng rõ ràng đầu tiên cho thấy GN-z11 chứa một lỗ đen đang nuốt chửng vật chất.”
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện một luồng bức xạ cực mạnh phát ra từ đĩa vật chất đang tích tụ quay quanh lỗ đen, cũng như các nguyên tố hóa học bị ion hóa thường được tìm thấy gần các lỗ đen đang tích tụ. Nhóm nghiên cứu cho biết đây là lỗ đen siêu lớn ở xa nhất từng được phát hiện và sự háu ăn của nó khiến đĩa bồi tụ của nó trở nên dày đặc, nóng và tỏa sáng rực rỡ. Các nhà nghiên cứu tin rằng điều này, kết hợp với các ngôi sao Nhóm III, là nguyên nhân khiến GN-z11 tỏa sáng rực rỡ. Không phá vỡ vũ trụ học tiêu chuẩn Như một số đã làm Yêu cầu trước hạn.
Nghiên cứu về khối lượng heli bị ion hóa và các ngôi sao trong Quần thể III đã được chấp nhận đăng trên tạp chí Thiên văn học và Vật lý thiên văn, đồng thời có thể mua bản in trước. Tìm thấy ở đây. Trong khi đó, nghiên cứu về quan sát NIRCam của lỗ đen được công bố ngày 17/1 trên tạp chí thiên nhiên.
“Nhà phân tích. Con mọt sách thịt xông khói đáng yêu. Doanh nhân. Nhà văn tận tâm. Ninja rượu từng đoạt giải thưởng. Một độc giả quyến rũ một cách tinh tế.”