Sự hiểu biết của chúng ta về cách các thiên hà hình thành và bản chất của vật chất tối có thể bị đảo lộn hoàn toàn bởi những quan sát mới về các cụm sao thiên hà thậm chí còn lớn hơn. dải Ngân Hà Từ hơn 11 tỷ năm trước, điều lẽ ra không nên tồn tại.

Bài báo được xuất bản trong thiên nhiên Chi tiết kết quả sử dụng dữ liệu mới từ Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). Kết quả cho thấy một thiên hà khổng lồ trong vũ trụ sơ khai – được quan sát cách đây 11,5 tỷ năm (dịch chuyển đỏ vũ trụ là 3,2) – có một quần thể sao rất cổ xưa hình thành sớm hơn nhiều – 1,5 tỷ năm trước (dịch chuyển đỏ Khoảng 11). Quan sát này làm đảo lộn mô hình hiện tại vì không có đủ vật chất tối tích lũy ở nồng độ đủ để hình thành.

Giáo sư Karl Glazebrook của Đại học Công nghệ Swinburne dẫn đầu nghiên cứu và nhóm quốc tế sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb để thực hiện các quan sát quang phổ về thiên hà khổng lồ và yên tĩnh này.

“Chúng tôi đã theo đuổi thiên hà đặc biệt này trong bảy năm và dành hàng giờ quan sát nó bằng hai kính thiên văn lớn nhất trên Trái đất để tìm ra tuổi của nó. Nhưng nó quá đỏ và mờ đến mức chúng tôi không thể đo được. Cuối cùng, chúng tôi phải làm vậy.” hãy rời khỏi Trái đất và sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb để xác nhận bản chất của anh ta.”

Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA là sản phẩm kế thừa của Kính viễn vọng Không gian Hubble, đài quan sát khoa học hồng ngoại mạnh nhất từng được đưa vào vũ trụ. Từ quỹ đạo cách Trái đất khoảng một triệu dặm, Webb nghiên cứu một số vật thể ở xa nhất trong vũ trụ. Tín dụng: NASA

Sự hình thành thiên hà là một mô hình cơ bản được hỗ trợ bởi vật lý thiên văn hiện đại, dự đoán sự suy giảm mạnh mẽ về số lượng các thiên hà khổng lồ trong các kỷ nguyên vũ trụ sơ khai. Các thiên hà không hoạt động cực lớn hiện đã được quan sát thấy từ một đến hai tỷ năm sau khi vũ trụ xuất hiện vụ nổ lớn Điều này thách thức các mô hình lý thuyết trước đó.

Giáo sư xuất sắc Glazebrook đã làm việc với các nhà nghiên cứu hàng đầu trên khắp thế giới, bao gồm Tiến sĩ Themiya Nanayakkara, Tiến sĩ Lalitwadi Kawinwanichakij, Tiến sĩ Colin Jacobs, Tiến sĩ Harry Chittenden, Phó Giáo sư Glenn G Kacprzak và Phó Giáo sư Ivo Lappé từ Trung tâm Vật lý thiên văn và Siêu máy tính Swinburne. .

“Đây là nỗ lực của cả nhóm, từ các cuộc khảo sát bầu trời hồng ngoại mà chúng tôi bắt đầu vào năm 2010 đã dẫn đến việc xác định thiên hà này là bất thường, cho đến việc chúng tôi phải làm việc nhiều giờ ở Keck và Kính viễn vọng rất lớn Chúng tôi đã cố gắng xác nhận điều này nhưng không thành công cho đến năm ngoái khi chúng tôi nỗ lực hết sức để tìm ra cách xử lý dữ liệu của Kính viễn vọng Không gian James Webb và phân tích quang phổ này.

Tiến sĩ Themiya Nanayakkara, người đứng đầu phân tích quang phổ dữ liệu của Kính viễn vọng Không gian James Webb, cho biết: “Chúng tôi hiện đang vượt xa những gì có thể để xác nhận những siêu quái vật hòa bình lâu đời nhất tồn tại sâu trong vũ trụ”.

“Điều này vượt qua ranh giới hiểu biết hiện tại của chúng ta về cách các thiên hà hình thành và phát triển. Câu hỏi quan trọng hiện nay là làm thế nào chúng hình thành quá sớm và nhanh như vậy trong vũ trụ, và cơ chế bí ẩn nào khiến chúng ngăn cản chúng đột ngột hình thành sao khi phần còn lại của vũ trụ vũ trụ thì có.”

Phó giáo sư Claudia Lagos từ Trung tâm nghiên cứu thiên văn vô tuyến quốc tế của Đại học Tây Úc (Lặp lại) rất quan trọng trong việc phát triển mô hình lý thuyết về sự tiến hóa của nồng độ vật chất tối cho nghiên cứu.

Cô nói: “Sự hình thành thiên hà phần lớn được quyết định bởi mức độ tập trung của vật chất tối”. “Sự hiện diện quá sớm của những thiên hà cực lớn này trong vũ trụ đặt ra những thách thức lớn đối với mô hình vũ trụ học tiêu chuẩn của chúng ta. Điều này là do chúng tôi không tin rằng các cấu trúc vật chất tối khổng lồ chứa đựng những thiên hà khổng lồ này sẽ chưa có thời gian để hình thành. Thêm cần có những quan sát để hiểu mức độ phổ biến của những thiên hà này và để giúp chúng ta hiểu những thiên hà này thực sự lớn đến mức nào.

Giáo sư Glazebrook hy vọng đây sẽ là bước đột phá mới trong hiểu biết của chúng ta về vật lý vật chất tối.

“Kính viễn vọng Không gian James Webb đã tìm thấy bằng chứng ngày càng tăng về sự hình thành thiên hà khổng lồ sớm. Kết quả này lập kỷ lục mới cho hiện tượng này. Mặc dù nó rất ấn tượng nhưng nó chỉ là một vật thể. Nhưng chúng tôi hy vọng sẽ tìm thấy nhiều vật thể hơn nữa, và nếu chúng tôi làm được như vậy “Nó sẽ làm hỏng ý tưởng của chúng ta về sự hình thành thiên hà.”

Tham khảo: “Một thiên hà khổng lồ hình thành các ngôi sao của nó ở z ~ 11” của Karl Glazebrook, Thymia Nanayakkara, Corentin Schreiber, Claudia Lagos, Lalitwadi Kawinwanichakij, Colin Jacobs, Harry Chittenden, Gabriel Brammer, Glenn J. Kaprzak, Ivo Labpi, Danilo Marchesini , Z. Simmel-Marsan, Pascal A. Oish, Casey Papovich, Rhea-Sylvia Remus, Kim-VH. Trần, James Esdell và Angel Chandro-Gomez, ngày 14 tháng 2 năm 2024, thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41586-024-07191-9