Kính viễn vọng Webb của NASA cung cấp hình ảnh hồng ngoại sâu nhất trong vũ trụ

Hình ảnh xa nhất trong vũ trụ mà loài người có được qua kính viễn vọng James Webb. (Image credit: NASA, ESA, CSA, and STScI)

Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA đã cung cấp hình ảnh hồng ngoại sâu nhất và sắc nét nhất từ trước cho đến nay về vũ trụ xa xôi. Khoảng sâu thứ nhất của máy (First Deep Field) là cụm thiên hà SMACS 0723, chứa hàng nghìn thiên hà - bao gồm cả những vật thể mờ nhạt nhất từng được quan sát trong vùng hồng ngoại.

Kính viễn vọng James Webb được phóng lên không gian vào ngày 25 tháng 12, 2021. Đây là một nỗ lực chung của ba cơ quan không gian Hoa Kỳ (NASA), Âu Châu (ESA), và Gia Nã Đại (CSA). Kính Webb được xem là đài thiên văn bay trong không gian tân tiến nhất của nhân loại, được hứa hẹn làm sáng tỏ nhiều bí ẩn trong Thái Dương Hệ của loài người và xa hơn rất nhiều trong vũ trụ.

Hình ảnh của Webb có kích thước xấp xỉ một hạt cát để cách một sải tay, một mảnh nhỏ của vũ trụ bao la. Khối lượng tổng hợp của cụm thiên hà này hoạt động như một thấu kính hấp lực, phóng đại các thiên hà ở xa hơn, bao gồm một số thiên hà được nhìn thấy khi vũ trụ chưa đầy một tỷ năm tuổi.

Không gian sâu này, được chụp bởi Máy Ảnh Hồng Ngoại Gần của Webb (NIRCam), là một tổng hợp tạo ra từ các hình ảnh ở các bước sóng khác nhau, tổng cộng 12.5 giờ - đạt được độ sâu ở bước sóng hồng ngoại vượt quá trường sâu nhất của Kính Viễn Vọng Không Gian Hubble, phải mất nhiều tuần. Và đây mới chỉ là khởi đầu. Các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục sử dụng Webb để chụp lâu hơn, tìm biết nhiều hơn về vũ trụ bao la của chúng ta.

Hình ảnh này cho thấy cụm thiên hà SMACS 0723 khi nó xuất hiện cách đây 4.6 tỷ năm, với nhiều thiên hà khác ở phía trước và phía sau. Nhiều thông tin khác về cụm này sẽ được tiết lộ khi các nhà nghiên cứu bắt đầu đào sâu dữ liệu của Webb. Khung này cũng được chụp bởi Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI), thiết bị quan sát ánh sáng trung hồng ngoại.

Webb’s NIRCam đã đem các thiên hà xa xôi trở thành tiêu điểm rõ nét - chúng có cấu trúc nhỏ bé, mờ nhạt và chưa từng thấy trước đây, bao gồm các cụm sao và các nét mờ sâu.

Ánh sáng từ những thiên hà này phải mất hàng tỷ năm mới đến được với chúng ta. Chúng ta đang quay ngược thời gian trong vòng một tỷ năm sau vụ nổ lớn khi xem các thiên hà trẻ nhất trong lĩnh vực này. Ánh sáng bị kéo dài bởi sự giãn nở của vũ trụ tới các bước sóng hồng ngoại mà Webb được thiết kế để quan sát. Các nhà nghiên cứu sẽ sớm bắt đầu tìm hiểu thêm về khối lượng, tuổi, lịch sử và thành phần của các thiên hà.

Các đường nét khác bao gồm các vòng cung nổi bật trong khung hình này. Trường hấp dẫn mạnh mẽ của một cụm thiên hà có thể bẻ cong các tia sáng từ các thiên hà xa hơn phía sau nó, giống như một kính lúp làm cong hình ảnh. Các ngôi sao cũng được chụp bằng các gai nhiễu xạ nổi bật, vì chúng xuất hiện sáng hơn ở bước sóng ngắn hơn.

Hình ảnh MIRI của Webb cho thấy vạn hoa màu sắc và làm nổi bật nơi có bụi - một thành phần chính để hình thành ngôi sao và cuối cùng là sự sống. Các thiên hà xanh có chứa các ngôi sao, nhưng rất ít bụi. Các vật thể màu đỏ trong không trường này được bao phủ trong các lớp bụi dày. Các thiên hà xanh có nhiều hydrocarbon và các hợp chất hóa học khác. Các nhà nghiên cứu sẽ có thể sử dụng những dữ liệu như thế này để hiểu cách các thiên hà hình thành, phát triển và hợp nhất với nhau, và trong một số trường hợp tại sao chúng ngừng hình thành các ngôi sao.

Ngoài việc chụp ảnh, hai trong số các công cụ của Webb còn thu được quang phổ - dữ liệu tiết lộ các đặc tính vật lý và hóa học của vật thể sẽ giúp các nhà nghiên cứu xác định nhiều chi tiết hơn về các thiên hà xa xôi trong không trường này.

Mạng microshutter của máy đo quang phổ hồng ngoại gần của Webb (NIRSpec) đã quan sát 48 thiên hà riêng lẻ cùng một lúc - một công nghệ mới lần đầu tiên được sử dụng trong không gian - trả về một bộ đầy đủ thông tin chi tiết về từng thiên hà.

Dữ liệu cho thấy ánh sáng từ một thiên hà đã di chuyển trong 13.1 tỷ năm trước khi các tấm gương của Webb chụp được nó. Dữ liệu NIRSpec cũng chứng minh quang phổ thiên hà chi tiết sẽ như thế nào với các quan sát Webb.

Cuối cùng, Máy chụp ảnh hồng ngoại gần và Máy đo quang phổ không khe (NIRISS) của Webb đã sử dụng Máy quang phổ không khe trường rộng để chụp quang phổ của tất cả các vật thể trong toàn bộ trường xem cùng một lúc. Trong số các kết quả, nó chứng minh rằng một trong những thiên hà có hình ảnh phản chiếu.

SMACS 0723 có thể được nhìn thấy gần chòm sao Volans trên bầu trời phía nam.