Các nhà thiên văn học cho biết, một trong những thiên hà xa nhất từng được quan sát thấy rất có thể đang quay. Một đội quốc tế do Tsuyoshi Tokuoka của Đại học Waseda, Nhật Bản, đứng đầu, đã phát hiện ra chuyển động này bằng cách sử dụng các quan sát từ Mảng milimet/hạ milimet Atacama (ALMA) ở Chile. Kết quả mang lại những hiểu biết mới quan trọng về sự tiến hóa của các thiên hà mới hình thành và có thể cung cấp hướng dẫn hữu ích cho các quan sát sắp tới với Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST).

Khi các thiên hà lần đầu tiên bắt đầu hình thành, vũ trụ đang ở trong “thời kỳ đen tối” – thời kỳ mà hầu như mọi vật chất đều mát mẻ và trong suốt. Khi vật chất sụp đổ dưới lực hấp dẫn, các thiên hà hình thành, khởi động quá trình hình thành sao ở các trung tâm thiên hà mới hình thành và kích hoạt cái gọi là “kỷ nguyên tái ion hóa” kết thúc thời kỳ đen tối. Từ đó, quá trình hình thành sao lan rộng ra các đĩa thiên hà đang quay, nơi các ngôi sao mới hơn hiện đang trú ngụ.

Các nhà thiên văn học vẫn còn nhiều điều phải tìm hiểu về cơ chế vật lý chi phối các thiên hà cổ đại này. Để làm sáng tỏ những câu hỏi này, bao gồm cả nguồn gốc của vòng quay thiên hà, Tokuoka và các đồng nghiệp đã chuyển sang quan sát từ ALMA. Công cụ này đã cách mạng hóa việc quan sát các thiên hà ở xa, có độ dịch chuyển đỏ cao, nhờ vào độ phân giải tần số và không gian ấn tượng của nó.

Trong nghiên cứu mới nhất, các nhà nghiên cứu đã sử dụng ALMA để nghiên cứu MACS1149-JD1: một thiên hà thấu kính hấp dẫn nằm cách chúng ta hơn 10 tỷ năm ánh sáng, khiến nó trở thành một trong những vật thể ở xa nhất từng được xác nhận. Thông qua quang phổ học, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng JD1 chứa một quần thể sao khoảng 300 triệu năm tuổi, cho thấy nguồn gốc của nó nằm trong thời kỳ đen tối của vũ trụ - chỉ 270 triệu năm sau Vụ nổ lớn.

dịch chuyển đỏ khác nhau

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra các bước sóng đặc trưng phát ra từ oxy (O III) bị ion hóa kép trong JD1. Loại khí này được tìm thấy rộng rãi trong tàn tích siêu tân tinh, khiến nó trở thành thành phần chính của vật chất trong môi trường giữa các vì sao. Nhờ độ phân giải của ALMA, nhóm đã có thể xác định các biến thể trong dịch chuyển đỏ của phát xạ O III ở các phần khác nhau của thiên hà. Điều này cho thấy một độ dốc về vận tốc của vật chất trong môi trường giữa các vì sao của JD1 – với một bên của thiên hà hiển thị một dịch chuyển đỏ khác biệt rõ rệt.

Quan sát này thỏa mãn gần như tất cả các tiêu chí phải được đáp ứng để xác nhận rằng một thiên hà đang quay, khiến nó trở thành ví dụ sớm nhất về một đĩa quay từng được phát hiện. Tốc độ quay của nó cũng chậm hơn nhiều so với tốc độ được tìm thấy ở các thiên hà khác, bao gồm cả thiên hà của chúng ta – cho thấy chuyển động quay của JD1 vẫn đang ở giai đoạn đầu.

Kết quả, được mô tả trong Tạp chí Vật lý Thiên văn, có nghĩa là các nhà thiên văn học có kỷ lục về tốc độ quay của thiên hà kéo dài hơn 95% tổng lịch sử của vũ trụ, mà các thành viên của nhóm cho biết là một bước quan trọng để hiểu các đặc điểm vật lý của các thiên hà phát triển như thế nào. Tokuoka và các đồng nghiệp hiện hy vọng rằng nhiều câu hỏi còn lại sẽ sớm được trả lời với sự trợ giúp của JWST, thứ sẽ cho phép họ xác định tuổi của các quần thể sao cụ thể bên trong thiên hà.