Nghiên cứu vật chất và bức xạ từ thời vũ trụ sơ khai

Gần 400.000 năm sau khi vũ trụ được tạo ra trong Big Bang, vật chất lạnh đi đủ cho các nguyên tử trung hòa hình thành, nhờ đó cho phép ánh sáng lan tỏa khắp nơi hoàn toàn không bị cản trở.

Kính thiên văn Nam Cực. Một loạt sáu bài báo sử dụng thiết bị này nghiên cứu bản chất của vật chất và bức xạ trong vũ trụ sơ khai. Ảnh: Consortium Kính thiên văn Nam Cực.

Ngày nay, ánh sáng đó tràn ngập khắp vũ trụ. Chúng ta thấy nó dưới dạng bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMBR), và các thiết bị hiện đại nghiên cứu nó chăm chú tìm cách xác định xem cái gì đã xảy ra ngay sau sự ra đời của vũ trụ. Trong số nhiều thứ khác, ánh sáng đó giữ trong nó những manh mối về cách thức những ngôi sao và thiên hà hình thành và tiến triển sau đó. Các thiên hà có xu hướng tập trung lại thành đám – Dải Ngân hà của chúng ta chẳng hạn, và nhóm thiên hà láng giềng địa phương của nó nằm tại rìa của Cụm Virgo.

Chất khí liên thiên hà bên trong những đám thiên hà thỉnh thoảng bị làm cho nóng lên bởi những cú sốc khi nó rơi vào trong các thiên hà. Vật chất nóng, tương đối đậm đặc đó có thể làm tán xạ ánh sáng nguyên thủy của CMBR – hàng tỉ năm sau khi ánh sáng ấy chuyển vào trạng thái tự do. Các nhà thiên văn đã và đang cố gắng tìm kiếm trong những tấm bản đồ CMBR trong những vùng hơi mờ hơn một chút do hiệu ứng này, gọi là Hiệu ứng Sunyaev-Zel'dovich (Hiệu ứng S-Z) mang tên các nhà lí thuyết lần đầu tiên đề xuất sự tồn tại của nó vào năm 1970. Trong những năm gần đây, một vài nhóm nghiên cứu đã cố công khám phá các đám thiên hà, sử dụng hiệu ứng S-Z. Những đám thiên hà được tìm thấy bằng phương pháp này bản thân chúng thật hấp dẫn, và chúng còn có những tính chất thống kê có giá trị cho nghiên cứu vũ trụ học.

Các nhà thiên văn CfA và một đội quốc tế lớn gồm nhiều đồng nghiệp của họ vừa mới công bố một loạt sáu bài báo quan sát về Hiệu ứng S-Z và những hiện tượng có liên quan, sử dụng các kết quả từ Kính thiên văn Nam Cực, một chiếc kính thiên văn hạ milimet, đường kính 10 mét, đặt tại trạm Nam Cực Amundsen-Scott ở Nam Cực.

Tính cho đến nay, bản thân hiệu ứng S-Z đã được trông thấy ở 21 đám thiên hà, đủ để mang lại những phép kiểm tra sơ bộ của những mô hình vũ trụ học. Ngoài việc giúp xác nhận các mô hình hình thành thiên hà trong vũ trụ sơ khai, nó còn cho phép các nhà thiên văn sàng lọc những thông số của vũ trụ học Big Bang. Kính thiên văn Nam Cực cũng đã phát hiện và đặc trưng thông số 188 thiên hà ở xa, và xác định rằng 75% trong số chúng phát ra bức xạ sóng mili mét đặc trưng của những thiên hà bị thống trị bởi những lỗ đen to nặng tại lõi của chúng, còn 25% kia bị thống trị bởi sự phát xạ bụi do sự hình thành sao. Đội nghiên cứu kết luận rằng những vật thể thuộc nhóm thiểu số vừa nói đại diện cho những thành viên hiếm gặp nhất và sáng nhất thuộc họ hàng những thiên hà rất sơ khai trong quá trình hình thành.

Những bài báo kia trong loạt bài quan trọng này tập trung vào phân tích các biến thiên trong chính CMBR, và những phép đo quang học từ xa của những đám thiên hà mới phát hiện gần đây. Bộ sáu bài báo trên là một tiến bộ quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ sơ khai, cả về vật chất của nó (như thấy trong các thiên hà) và bức xạ của nó (như thấy trong CMBR).

Theo PhysOrg.com