Vũ trụ bao la luôn ẩn chứa những điều kỳ diệu và bí ẩn, thôi thúc các nhà khoa học không ngừng tìm tòi và khám phá. Gần đây, kính thiên văn James Webb (JWST) đã mang đến những phát hiện đột phá, hé lộ những bí mật sâu thẳm về hố đen cổ xưa nhất, những ngôi sao kỳ lạ và cả những tàn dư của các vụ nổ siêu tân tinh.
Hố Đen Siêu Cổ Đại: Quái Vật Từ Bình Minh Vũ Trụ
Kính thiên văn JWST đã phát hiện ra một hố đen siêu lớn, được cho là hố đen lâu đời nhất từng được biết đến trong vũ trụ. Với khối lượng gấp 1,6 triệu lần Mặt Trời, hố đen này ẩn mình trong quá khứ 13,4 tỷ năm của vũ trụ. Phát hiện này mang lại những manh mối quan trọng về sự hình thành và phát triển của hố đen trong những giai đoạn đầu của vũ trụ.
Hố đen này nằm ở trung tâm của thiên hà sơ khai GN-z11, chỉ 440 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Điều này cho thấy rằng, không chỉ một mà có vô số hố đen đã tích tụ đến quy mô đáng kinh ngạc trong buổi bình minh của vũ trụ, khoảng 100 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn.
Trong giai đoạn vũ trụ còn non trẻ, các hố đen không thể phát triển một cách lặng lẽ như những hố đen hiện tại. Chúng phải trải qua một quá trình hình thành và phát triển đặc biệt, có thể khác biệt so với các hố đen ngày nay. Các nhà thiên văn học cho rằng, hố đen có thể được sinh ra từ sự sụp đổ của các ngôi sao khổng lồ hoặc từ các hố đen nguyên thủy, những vật thể chưa từng thấy trên Trái Đất.
Dù hình thành bằng cách nào, hố đen vẫn tiếp tục phát triển bằng cách “nuốt chửng” khí, bụi, các ngôi sao và thậm chí cả các hố đen khác. Những hố đen siêu lớn có thể nặng hơn Mặt Trời hàng tỷ lần, tạo ra những vụ nổ ánh sáng cực mạnh được gọi là quasar, sáng hơn hàng nghìn tỷ lần so với các ngôi sao sáng nhất.
Phân tích cấu trúc ánh sáng mờ nhạt từ những năm đầu của vũ trụ, các nhà khoa học đã tìm thấy sự tăng đột biến bất ngờ giữa các tần số, một dấu hiệu cho thấy vật chất nóng xung quanh hố đen đang phát ra ánh sáng.
Dấu Chân Phân Hạch Hạt Nhân: Sự Xuất Hiện Của Các Nguyên Tố Nặng
Một phát hiện đáng chú ý khác từ JWST là 42 ngôi sao cổ đại nằm trong thiên hà Milky Way, tiết lộ dấu hiệu của sự phân hạch hạt nhân. Các ngôi sao này có dấu hiệu của các nguyên tố nặng hơn bất kỳ thứ gì từng được tạo ra trên Trái Đất, đi ngược lại với lý thuyết tiến hóa hóa học của vũ trụ.
Theo lý thuyết được chấp nhận rộng rãi, vũ trụ sau Vụ Nổ Lớn chỉ chứa các nguyên tố nhẹ như hydro và heli. Các nguyên tố nặng hơn được tạo ra bên trong hạt nhân của các ngôi sao. Khi các ngôi sao chết và phát nổ, chúng giải phóng các nguyên tố này vào không gian, góp phần làm giàu hóa học cho vũ trụ. Quá trình này lặp đi lặp lại qua nhiều thế hệ sao trong suốt hàng tỷ năm.
Tuy nhiên, 42 ngôi sao cổ đại này lại cho thấy sự phân hạch hạt nhân, một quá trình mà một nguyên tử bị tách ra, giải phóng năng lượng khổng lồ và tạo ra các nguyên tố cực nặng, bao gồm cả những nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn hơn 260, nặng hơn mọi thứ trên bảng tuần hoàn.
Nghiên cứu này không chỉ xác nhận các mô phỏng lý thuyết trước đó mà còn cung cấp bằng chứng trực quan đầu tiên về sự phân hạch hạt nhân trong vũ trụ sơ khai, cho thấy rằng vũ trụ của chúng ta có thể đã tiến hóa theo những con đường phức tạp và độc đáo hơn so với những gì chúng ta đã biết.
Ngôi Sao Lùn Nâu Nhỏ Nhất: Sự Thất Bại Của Một Ngôi Sao
JWST cũng đã giúp phát hiện ra một ngôi sao lùn nâu có thể là nhỏ nhất từng được biết đến. Các sao lùn nâu được gọi là “những ngôi sao thất bại” vì chúng không đủ lớn để duy trì phản ứng tổng hợp hydro, phản ứng điển hình trong lõi của các ngôi sao. Tuy nhiên, chúng vẫn có thể phát ra ánh sáng và nhiệt từ việc tổng hợp deuterium, một dạng hydro đặc biệt.
Ngôi sao lùn nâu đặc biệt này có khối lượng chỉ gấp ba hoặc bốn lần sao Mộc, một con số rất nhỏ so với các ngôi sao khác. Ngoài kích thước nhỏ bé, ngôi sao này còn chứa một phân tử hydrocacbon không xác định trong bầu khí quyển, một phân tử có thể chứa các thành phần thô cho sự sống.
Phát hiện này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách các ngôi sao hình thành và thất bại, đồng thời mở ra những hướng nghiên cứu mới về sự hình thành của sự sống trong vũ trụ.
Tàn Dư Siêu Tân Tinh Cassiopeia A: Bức Tranh Chi Tiết Về Cái Chết Của Ngôi Sao
Kính thiên văn JWST cũng đã ghi lại được những hình ảnh chưa từng thấy về tàn dư siêu tân tinh Cassiopeia A, một vụ nổ siêu tân tinh cách Trái Đất 11.000 năm ánh sáng. Những hình ảnh này cho thấy các chi tiết phức tạp của lớp vỏ vật chất đang giãn nở, va chạm với khí do ngôi sao tỏa ra trước khi nổ.
Sự khác biệt về màu sắc trong hình ảnh mới cho thấy các vùng khác nhau của tàn dư siêu tân tinh, trong đó một vòng ánh sáng xanh lục được cho là do các mảnh vụn siêu tân tinh bị đẩy qua khí do ngôi sao để lại. Những hình ảnh này cung cấp cho các nhà khoa học những thông tin mới về quá trình một ngôi sao chết đi và để lại những tàn dư như thế nào.
Kết Luận
Những phát hiện mới từ kính thiên văn James Webb đã mở ra một cánh cửa mới để chúng ta khám phá và hiểu rõ hơn về vũ trụ. Từ những hố đen cổ xưa nhất đến những ngôi sao lùn nâu nhỏ bé và tàn dư của các vụ nổ siêu tân tinh, mỗi phát hiện đều góp phần làm phong phú thêm kiến thức của chúng ta về vũ trụ bao la và những quy luật vận hành của nó. Những nghiên cứu này không chỉ làm sáng tỏ những bí ẩn của vũ trụ mà còn mở ra những hướng nghiên cứu mới, hứa hẹn sẽ mang lại những khám phá đột phá hơn nữa trong tương lai.