Kính viễn vọng James Webb phát hiện ra cụm băng không gian lạnh nhất Vũ trụ

Hệ thống kính viễn vọng không gian mạnh mẽ nhất mà con người từng chế tạo đã khám phá ra cụm băng vũ trụ nguyên sơ bên trong một đám mây bụi dày, chứa những phân tử có thể hậu thuẫn sự sống hình thành. Phải nói thêm, “sự sống” đang được nhắc tới mới chỉ là sự sống mà ta đang biết.

Số băng này có nhiệt độ xuống tới -440°F, tức là -263°C, đánh dấu kỷ lục về số băng vũ trụ lạnh nhất từng đo được. Để so sánh, nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được (trên lý thuyết) là 0 độ K, bằng -273.15°C hay -459.67°F; và điểm lạnh nhất trong Vũ trụ là Tinh vân Boomerang nằm cách Trái Đất 5.000 năm ánh sáng, lạnh tới 1 độ K, tương đương -457.87°F hay -272.1°C.

Klaus Pontoppidan, một nhà thiên văn học tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian và đồng tác giả báo cáo nghiên cứu, tuyên bố rằng không thể nào quan sát số băng này nếu thiếu kính viễn vọng Webb.

JWST đã nghiên cứu một khu vực có tên Chameleon I, nằm phía Nam chòm sao Chameleon, cách Trái Đất khoảng 630 năm ánh sáng; đây là một trong những khu vực hình thành sao gần chúng ta nhất, với hàng chục đám mây bụi sinh sao. Khu vực này đã từng được coi là những “lỗ hổng” trên bầu trời: là những đám mây phân tử tối dày đặc với khí và bụi, đến mức chặn toàn bộ ánh sáng phát ra từ những ngôi sao ở phía sau chúng.

Những đám mây như Chameleon I là cái nôi sản sinh các ngôi sao trẻ; chúng tiêu biến dần, và theo thời gian khu vực này hình thành nên các ngôi sao và có thể cả các hành tinh có bề mặt rắn. Tuy nhiên, những khối băng lạnh nằm sâu bên trong mới quyết định đám khí và bụi này chứa những thành phần hóa học gì, và chất nào trong số đó có thể hỗ trợ việc hình thành sự sống.

Nhờ vào các dụng cụ mạnh mẽ của kính Webb, bao gồm cả camera hồng ngoại gần (NIRCam) có khả năng thăm dò sâu, các nhà thiên văn học đã nhìn sâu vào vùng trung tâm của Chameleon I và phát hiện ra băng ở giai đoạn đầu của sự tiến trình thay đổi — ngay trước khi lõi của đám mây sập xuống, bắt đầu hình thành sao.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng ánh sáng từ hai ngôi sao là NIR38 và J110621 để chiếu sáng Chameleon I ở bước sóng hồng ngoại. Vốn bị khóa chặt bởi băng, các phân tử bên trong đám mây Chameleon I hấp thụ ánh sáng sao ở các bước sóng hồng ngoại khác nhau. Sau đó, các nhà thiên văn học đã nghiên cứu các dấu vết hóa học xuất hiện như những giảm sút trong dữ liệu phổ thu được. Dữ liệu này đã giúp nhóm xác định được định lượng của từng loại phân tử có trong lòng Chameleon I.

Trong băng có gì?

Không ngoài mong đợi, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một hỗn hợp các hợp chất hỗ trợ sự sống như nước, carbon dioxide, carbon monoxide, methane và ammonia. Quan sát còn tiết lộ dấu hiệu của băng carbonyl sulfide, cho phép các nhà khoa học đo lường lượng lưu huỳnh — một nguyên tố khác mà sự sống trên Trái Đất cần có — có mặt trong các đám mây phân tử.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra methanol, hợp chất hữu cơ đơn giản nhất, được coi là một chỉ báo rõ ràng về các quá trình hóa học diễn ra trong giai đoạn đầu của quá trình hình thành sao và hành tinh.

“Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu thành phần của băng ở gần trung tâm của một đám mây phân tử, trước khi những ngôi sao bắt đầu hình thành“, Melissa McClure, một nhà thiên văn học tại Đài quan sát Leiden ở Hà Lan và là tác giả chính của nghiên cứu, nhận định.

Ý nghĩa của phát hiện mới

Khởi đầu các đám mây phân tử tương tự Chameleon I là những khu vực phân tán của bụi và khí. Băng chứa các phân tử quan trọng cần thiết cho sự sống hình thành trên bề mặt lớp bụi.

Với dữ liệu từ kính Webb, các nhà thiên văn học biết được rằng một số nguyên tố có tại Chameleon I ít hơn dự kiến nếu xét đến mật độ của đám mây.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu chỉ phát hiện ra 1% lượng lưu huỳnh, 19% lượng oxy và carbon, và chỉ 13% tổng lượng nitơ. Theo như các nhà nghiên cứu ghi chú, những nguyên tố này có thể bị mắc kẹt trong số bằng tồn tại ở những khu vực khác, nơi ánh sáng từ NIR38 và J110621 không chiếu qua.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu dự định sử dụng dữ liệu từ kính Webb để tính toán kích thước của các hạt bụi cũng như hình dạng của băng.