Sức mạnh chưa từng có của Kính viễn vọng Không gian James Webb cho phép nó nhìn về không gian và thời gian xa hơn bao giờ hết – và khi làm như vậy, nó đã tiết lộ những thiên hà khó hiểu dường như quá tiên tiến so với thời đại của chúng. Giờ đây, các nhà thiên văn học đã đề xuất một lời giải thích mới cho chúng – các thiên hà bùng nổ sao – may thay đã loại bỏ mô hình chuẩn của vũ trụ học.
Nhìn xuyên không gian là nhìn xuyên thời gian. Ví dụ, nếu các nhà thiên văn học nhìn vào một ngôi sao cách xa 100 năm ánh sáng, họ sẽ nhìn thấy nó như cách đây 100 năm, bởi vì ánh sáng của nó mất rất nhiều thời gian để đến được với chúng ta. Vì vậy, khi bạn mở rộng điều đó đến tận rìa của vũ trụ quan sát được, bạn thực sự có thể nhìn thấy hơn 12 tỷ năm về quá khứ – thời kỳ được gọi là “bình minh vũ trụ”, khi những ngôi sao đầu tiên bùng lên và hình thành các thiên hà sơ khai.
James Webb là kính viễn vọng đầu tiên đủ mạnh để nhìn thấy điều này từ không gian và thời gian. Các nhà thiên văn học kỳ vọng sẽ nhìn thấy các “tiền thiên hà” vẫn đang hình thành, nhưng họ ngạc nhiên khi kính viễn vọng phát hiện ra các thiên hà dường như khá tiên tiến và trưởng thành , tương tự như các thiên hà xung quanh ngày nay. Và không chỉ một hoặc hai điểm dị thường, mà là hàng chục. Điều này không chỉ kỳ lạ mà còn có khả năng làm mất đi toàn bộ hiểu biết của chúng ta về cách các thiên hà hình thành và thậm chí có thể đặt ra câu hỏi về chính mô hình vũ trụ tiêu chuẩn .
Vì vậy, đối với nghiên cứu mới, một nhóm các nhà vật lý thiên văn do Đại học Northwestern dẫn đầu đã nghiên cứu các ý tưởng thay thế bằng cách sử dụng mô phỏng máy tính mạnh mẽ. Khi làm như vậy, họ đã xác định được một khả năng có thể tạo ra các dấu hiệu phù hợp với quan sát của James Webb.
Cách đơn giản nhất để ước tính khối lượng và kích thước của một thiên hà, đặc biệt là từ khoảng cách rất xa, là độ sáng của nó, và điều này được thực hiện với các thiên hà đầu tiên mà Webb đã phát hiện. Nhưng mô phỏng của nhóm cho thấy các thiên hà vào buổi bình minh vũ trụ có thể đạt cùng mức độ sáng với khối lượng thấp hơn nhiều – tất cả những gì chúng phải làm là trải qua thời kỳ hình thành sao nhanh chóng, điều mà các thiên hà mô phỏng đã tự làm.
Guochao Sun, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Điều quan trọng là tái tạo đủ lượng ánh sáng trong một hệ thống trong một khoảng thời gian ngắn”. “Điều đó có thể xảy ra vì hệ thống thực sự lớn hoặc vì nó có khả năng tạo ra nhiều ánh sáng một cách nhanh chóng. Trong trường hợp sau, một hệ thống không cần phải lớn đến thế. Nếu sự hình thành sao xảy ra theo từng đợt, nó sẽ phát ra những tia sáng. Đó là lý do tại sao chúng ta thấy một số thiên hà rất sáng.”
Các thiên hà hiện đại như Dải Ngân hà có xu hướng cho thấy sự hình thành sao ổn định theo thời gian, nhưng các mô phỏng cho thấy các thiên hà ban đầu có khối lượng thấp có nhiều khả năng trải qua các giai đoạn “nổ sao” sau đó là các giai đoạn tương đối yên tĩnh, cho đến khi những ngôi sao già hơn đó chết đi và cung cấp nhiên liệu cho quá trình hình thành sao. hình thành thế hệ tiếp theo trong một thời kỳ bùng nổ sao khác.
Claude-André Faucher-Giguère, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Hầu hết ánh sáng trong thiên hà đến từ những ngôi sao lớn nhất”. “Bởi vì những ngôi sao lớn hơn cháy ở tốc độ cao hơn nên chúng có tuổi thọ ngắn hơn. Họ nhanh chóng sử dụng hết nhiên liệu trong các phản ứng hạt nhân. Vì vậy, độ sáng của một thiên hà liên quan trực tiếp đến số lượng ngôi sao mà nó đã hình thành trong vài triệu năm qua hơn là khối lượng của toàn bộ thiên hà.”
Tất nhiên, chỉ vì điều đó có thể xảy ra trong mô phỏng không có nghĩa là nó diễn ra như vậy trong vũ trụ thực. Các quan sát tiếp theo của Webb, sử dụng các kỹ thuật khác để đo khối lượng của các thiên hà này, có thể giúp xác nhận giả thuyết vụ nổ sao và khiến mô hình vũ trụ học tiêu chuẩn thở phào nhẹ nhõm – hoặc đưa nó trở lại thớt. Rốt cuộc, sự hình thành vụ nổ sao giải thích thế nào về sự hiện diện của các cấu trúc tiên tiến khác như các thiên hà dạng thanh sớm hơn thời điểm lẽ ra chúng phải xuất hiện?