Lần đầu phát hiện sự tồn tại của thiên hà lùn độc lập

Một nhóm các nhà thiên văn, do Tim Carleton của ĐH Arizona dẫn dắt, đã khám phá ra một thiên hà lùn xuất hiện trong hình ảnh Kính viễn vọng không gian James Webb, dù không phải là mục tiêu quan sát ban đầu.

Các thiên hà được liên kết bằng lực hấp dẫn và được tạo thành từ những ngôi sao và hành tinh, với những đám mây bụi và khí cũng như vật chất tối. Các thiên hà lùn là những thiên hà chiếm đa số trong vũ trụ và được định nghĩa là nhỏ, độ sáng thấp. Chúng có ít hơn 100 triệu sao trong khi Dải Ngân hà có gần 200 tỉ ngôi sao.

Những quan sát thiên hà lùn của gần đây ở vô số những “thiên hà siêu khuếch tán” nằm ngoài tầm với của những cuộc khảo sát quang phổ lớn trước đây cho thấy hiểu biết của chúng ta về quần thể thiên hà lùn có thể chưa đầy đủ.

Trong một nghiên cứu mới xuất bản gần đây, Carleton và nhóm nghiên cứu của mình ban đầu đã nhìn vào một cụm thiên hà, một phần của dự án Những khu vực ngoài thiên hà JWST cho khoa học tái ion hóa và thấu kính (PEARLS).

Thiên hà lùn này, PEARLSDG, đã xuất hiện trong một số hình ảnh JWST của nhóm nghiên cứu. Đó không phải là mục tiêu mà chỉ là một phần của trường quan sát chính, trong khu vực của không gian, nơi họ không chờ đợi sẽ thấy bất cứ điều gì.

Các kết quả của họ đã được xuất bản trên tạp chí Astrophysical Journal Letters ¹.

PEARLSDG không có các đặc điểm thông thường của một thiên hà lùn mà người ta có thể chờ đợi. Nó không hề tương tác với một thiên hà lân cận và cũng không hình thành những ngôi sao mới. Thật ra, đây là một trường hợp thú vị về một thiên hà hoàn toàn độc lập.

“Có những dạng thiên hà lùn hoạt động độc lập chưa từng được thấy trước đây, ngoại từ một số trường hợp liên quan. Chúng không được chờ đợi là tồn tại, nếu dựa trên hiểu biết của chúng ta về tiến hóa thiên hà, vì vậy sự thật là việc chúng tôi thấy thiên thể này có thể giúp cải thiện lý thuyết của chúng tôi về sự hình thành thiên hà”, Carleton nói. “Nhìn chung, các thiên hà lùn ở ngoài kia đều đang tiếp tục hình thành những ngôi sao mới”.

Cho đến hiện tại thì hiểu biết của các nhà thiên văn học về tiến hóa thiên hà đều cho thấy một thiên hà bị cô lập tiếp tục hình thành các ngôi sao trẻ hoặc có thể tương tác với một thiên hà lân cận có quy mô lớn hơn nhiều. Lý thuyết này không thể dùng để giải thích cho PEARLSDG, vốn được coi như một quần thể sao cổ, không hình thành các ngôi sao mới cũng như giữ cho mình tồn tại riêng biệt.

Lạ hơn nữa, mỗi ngôi sao có thể được quan sát trong các hình ảnh JWST. Các ngôi dao này đều sáng hơn trong các bước sóng JWST; đó là một trong những thiên hà xa nhất mà chúng ta có thể thấy các ngôi sao ở mức chi tiết đó. Độ sáng của các ngôi sao đó cho phép các nhà thiên văn học có thể đo đạc dược khoảng cách – 98 triệu năm ánh sáng.

Với nghiên cứu này, Carleton, một nhà nghiên cứu tại Trung tâm Các nền tảng vũ trụ Beus ở trường Khám phá trái đất và không gian ASU – và nhóm nghiên cứu sử dụng một bộ dữ liệu lớn.

Nó bao gồm dữ liệu hình ảnh của Camera cận hồng ngoại JWST (NIRCam); dữ liệu quang phổ của DeVeney Optical Spectrograph ở Kính viễn vọng khám phá Lowell Flagstaff, Arizona; hình ảnh lưu trữ từ các kính viễn vọng không gian Galex và Spitzer của NASA; và hình ảnh từ trái đất của Dự án Khảo sát bầu trời số Sloan và Cuộc khảo sát Di sản Camera năng lượng tối.

NIRCam của JWST có độ phân giải góc cao và độ nhạy cao, cho phép nhóm nghiên cứu nhận diện được từng sao trong thiên hà ở khoảng cách xa này. Giống như những tế bào được hiển thị trên một kính hiển vi, các quan sát đó mang đến những thành phần của PEARLSDG vào một sự tập trung rõ ràng.

Quan trọng hơn, việc nhận diện các ngôi sao cụ thể trong bức ảnh đem lại một manh mối chính về khoảng cách của nó – các ngôi sao có một độ sáng nội tại cụ thể, vì vậy bằng việc đo đạc mức sáng biểu kiến của nó với JWST, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định khoảng cách của chúng. Hóa ra là những ngôi sao này thuộc về số những ngôi sao ở khoảng cách xa nhất dạng này mà từng được quan sát.

Tất cả bộ dữ liệu hình ảnh tư liệu, được quan sát ở các bước sóng tia cực tím, quang học và hồng ngoại, đã được đặt cạnh nhau để nghiên cứu về màu sắc của PEARLSDG. Những ngôi sao được hình thành mới đây đều có một tín hiệu màu sắc cụ thể, vì vậy sự thiếu vắng tín hiệu như vậy thường cho thấy PEARLSDG đã không hình thành những ngôi sao mới.

DeVeney Spectrograph tại Kính viễn vọng Khám phá Lowell đã đưa ánh sáng của các vật thể thiên văn thành những hợp phần riêng biệt của nó, cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu chi tiết những đặc tính của nó. Ví dụ, sự dịch chuyển bước sóng cụ thể quan sát được trong những đặc điểm của dữ liệu quang phổ được mã hóa thành thông tin về chuyển động của PEARLSDG, sử dụng cùng hiệu ứng Doppler mà các súng radar vẫn áp dụng để đo đạc tốc độ lái trên các con đường của Arizona.

Cách làm này là yếu tố chính để chứng tỏ PEARLSDG không có liên kết với bất kỳ thiên hà nào và thực sự là bị cô lập.

Thêm vào đó, các đặc điểm riêng trong phổ lại nhạy với sự hiện diện của các sao trẻ, vì vậy sự thiếu vắng của các đặc điểm đó càng minh chứng thêm những đo đạc của việc thiếu vắng sao trẻ trong dữ liệu hình ảnh.

“Điều này hoàn toàn trái ngược với kỳ vọng của mọi người về một thiên hà lùn như vậy”, Carleton nói.

Khám phá này làm thay đổi hiểu biết của các nhà thiên văn học về cách các thiên hà hình thành và tiến hóa. Nó đề xuất khả năng có nhiều thiên hà không hoạt động, bị cô lập đang chờ được nhận diện và JWST có công cụ để làm được việc này.

Nghiên cứu này đã được trình bày tại cuộc họp báo AAS 243 vào tháng giêng vừa qua “Những điều kỳ dị trên bầu trời”.

Nguyễn Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-02-team-astronomers-galaxy-shouldnt.html

https://www.newsweek.com/nasa-james-webb-space-telescope-new-dwarf-galaxy-1866856

———————————————–

1.https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad1b56