Việc khám phá các thiên hà đầu tiên vẫn là một thách thức đáng kể trong nghiên cứu thiên văn học hiện đại. Chúng ta không biết khi nào hoặc bằng cách nào các ngôi sao và thiên hà đầu tiên trong vũ trụ hình thành.
Tuy nhiên, có thể những câu hỏi này có thể được giải quyết với Kính viễn vọng không gian Hubble thông qua các quan sát hình ảnh sâu. Hubble cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu vũ trụ quay trở lại trong vòng 500 triệu năm của Vụ nổ lớn.
Một nhóm các nhà nghiên cứu châu Âu, dẫn đầu bởi Rachana Bhatawdekar thuộc Cơ quan Vũ trụ châu Âu, đã bắt đầu nghiên cứu thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ sơ khai. Những ngôi sao này được tạo thành từ vật liệu nguyên thủy xuất hiện từ Vụ nổ lớn.
Các ngôi sao trong quần thể sao có tên Quần thể sao III phải được tạo ra từ hydro, heli và liti, những nguyên tố duy nhất tồn tại trước khi các quá trình trong lõi của những ngôi sao này có thể tạo ra các nguyên tố nặng hơn như ôxy, nitơ, carbon và sắt.
Bhatawdekar và nhóm nghiên cứu của mình đã thăm dò vũ trụ sơ khai từ khoảng 500 triệu đến 1 tỷ năm sau Vụ nổ lớn bằng cách nghiên cứu cụm MACSJ0416 và trường song song của nó với Kính viễn vọng không gian Hubble với dữ liệu hỗ trợ từ Kính viễn vọng Không gian Spitzer của NASA và Kính thiên văn rất lớn của đài thiên văn Nam châu Âu.
"Chúng tôi không tìm thấy bằng chứng nào về những ngôi sao trong Quần thể sao III thế hệ đầu tiên trong khoảng thời gian vũ trụ này", Bhatawdekar cho biết.
Kết quả các nhà nghiên cứu có được bằng cách sử dụng Máy ảnh trường rộng 3 của Kính viễn vọng không gian Hubble, như một phần của chương trình Frontier Fields. Chương trình này đã quan sát sáu cụm thiên hà xa xôi từ năm 2012 đến 2017, tạo ra những quan sát sâu nhất từng được tạo ra từ các cụm thiên hà và các thiên hà nằm phía sau chúng, được phóng đại bởi thấu kính hấp dẫn, từ đó cho thấy các thiên hà mờ hơn 10 đến 100 lần so với bất kỳ quan sát nào trước đây .
Khối lượng của các cụm thiên hà tiền cảnh đủ lớn để uốn cong và phóng đại ánh sáng từ các vật thể ở xa phía sau chúng. Điều này cho phép Hubble sử dụng kết quả này để nghiên cứu các vật thể vượt quá khả năng hoạt động của nó.
Bhatawdekar và nhóm của mình đã phát triển một kỹ thuật mới giúp loại bỏ ánh sáng khỏi các thiên hà tiền cảnh sáng chói tạo thành các thấu kính hấp dẫn. Điều này cho phép họ khám phá các thiên hà có khối lượng thấp hơn bao giờ hết được quan sát thấy bởi Hubble ở khoảng cách tương ứng với khi vũ trụ chưa đầy một tỷ năm tuổi.
Việc thiếu bằng chứng cho các quần thể sao kỳ lạ và việc xác định nhiều thiên hà có khối lượng thấp hỗ trợ cho rằng các thiên hà này là ứng cử viên có khả năng nhất cho sự tái hợp của vũ trụ. Thời kỳ tái tổ hợp này trong vũ trụ sơ khai là khi môi trường liên thiên hà trung tính bị ion hóa bởi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên.
"Những kết quả này có giá trị vật lý thiên văn sâu sắc vì chúng cho thấy các thiên hà phải hình thành sớm hơn nhiều so với chúng ta nghĩ. Điều này cũng hỗ trợ mạnh mẽ cho ý tưởng rằng các thiên hà có khối lượng thấp / mờ nhạt trong vũ trụ sơ khai có trách nhiệm tái tổ hợp”, Bhatawdekar nhấn mạnh.
Ngoài ra, những kết quả này cũng cho thấy rằng sự hình thành của các ngôi sao và thiên hà xảy ra sớm hơn nhiều so với những gì có thể được thăm dò bằng Kính viễn vọng không gian Hubble. Điều này để lại một câu hỏi thú vị về nghiên cứu sâu hơn cho Kính thiên văn không gian James Webb của NASA / ESA / CSA sắp tới nghiên cứu các thiên hà sớm nhất của vũ trụ.
