Khám phá này không chỉ là một chi tiết thú vị; nó là một thách thức trực tiếp đến các mô hình lâu đời về cách các ngôi sao, thiên hà và các nguyên tố nặng đầu tiên hình thành sau Vụ nổ Big Bang. Chúng ta có thể đang chứng kiến những chương đầu tiên trong cuốn sách lịch sử vũ trụ được viết lại ngay trước mắt.
Bức Tranh Cũ Về Vũ Trụ Sơ Khai
Theo các lý thuyết vũ trụ học đã được chấp nhận rộng rãi, vũ trụ trong giai đoạn sơ khai là một nơi vô cùng đơn giản. Ngay sau Vụ nổ Big Bang khoảng 13,8 tỷ năm trước, chỉ có các nguyên tố nhẹ nhất tồn tại: chủ yếu là hydro và heli. Toàn bộ các nguyên tố nặng hơn, mà các nhà thiên văn gọi chung là "kim loại" (như oxy, carbon, sắt), đều chưa được tạo ra.
Những nguyên tố nặng này là sản phẩm của các "lò luyện" hạt nhân bên trong lõi của các ngôi sao. Chúng được tạo ra thông qua quá trình tổng hợp hạt nhân, sau đó được giải phóng ra không gian xung quanh khi những ngôi sao khổng lồ kết thúc vòng đời của mình trong các vụ nổ siêu tân tinh (supernovae) dữ dội. Vật chất này sau đó tiếp tục cô đặc lại để hình thành nên các thế hệ sao và hành tinh mới. Quá trình này được cho là cần rất nhiều thời gian, có thể lên tới hàng trăm triệu hoặc cả tỷ năm.
JADES-GS-z14-0: Thiên Hà "Bất Khả Thi"
Phát hiện mới của JWST tập trung vào một thiên hà xa xôi có tên JADES-GS-z14-0. Ánh sáng từ thiên hà này đã mất hơn 13,5 tỷ năm để đến được với chúng ta, nghĩa là chúng ta đang nhìn thấy nó ở trạng thái chỉ 300 triệu năm sau Big Bang. Đây là một trong những thiên hà xa nhất từng được quan sát.
Điều gây kinh ngạc là khi phân tích ánh sáng từ JADES-GS-z14-0, các nhà khoa học đã tìm thấy một vạch quang phổ rõ ràng của oxy.
Sự hiện diện của oxy ở thời điểm sớm như vậy giống như việc tìm thấy một tòa nhà chọc trời phức tạp được xây dựng chỉ vài năm sau khi con người phát minh ra viên gạch đầu tiên. Nó hoàn toàn đi ngược lại với dòng thời gian mà chúng ta đã vạch ra. Để có được oxy, vũ trụ đã phải trải qua ít nhất một, hoặc thậm chí là nhiều thế hệ sao khổng lồ, hình thành, đốt cháy nhiên liệu, và phát nổ để làm giàu môi trường liên sao. Tất cả những điều đó phải diễn ra với một tốc độ cực kỳ nhanh chóng.
Lượng Oxy Gây Sốc và Những Bí Ẩn Khác
Vấn đề không chỉ dừng lại ở việc oxy có tồn tại, mà còn ở số lượng của nó. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thiên hà JADES-GS-z14-0 chứa lượng nguyên tố nặng gấp mười lần so với dự đoán của các mô hình lý thuyết cho một thiên hà ở độ tuổi này. Điều này cho thấy nó không chỉ hình thành sớm mà còn phát triển một cách chóng mặt, đạt đến một mức độ "trưởng thành" về mặt hóa học mà không một lý thuyết hiện tại nào có thể giải thích được.
Ngoài ra, JADES-GS-z14-0 còn có những đặc điểm đáng ngạc nhiên khác:
Kích thước Lớn: Nó có kích thước lớn hơn đáng kể so với dự kiến cho một thiên hà non trẻ.
Độ Sáng Vượt Trội: Thiên hà này cực kỳ sáng, cho thấy hoạt động hình thành sao đang diễn ra một cách mạnh mẽ và hiệu quả hơn nhiều so với những gì chúng ta tưởng tượng.
Những yếu tố này kết hợp lại vẽ nên một bức tranh về một vũ trụ sơ khai năng động, hỗn loạn và phức tạp hơn rất nhiều so với hình dung trước đây.
Tương Lai Của Vũ Trụ Học: Những Câu Hỏi Lớn Cần Lời Giải
Phát hiện về JADES-GS-z14-0 đặt ra những câu hỏi nền tảng và cấp bách cho cộng đồng thiên văn học:
Cơ chế nào đã tạo ra nhiều oxy đến vậy trong một thời gian ngắn? Có phải các ngôi sao thế hệ đầu tiên (Population III stars) hình thành và chết đi nhanh hơn chúng ta nghĩ? Hay có một quá trình làm giàu nguyên tố nặng nào đó mà chúng ta chưa biết đến?
Còn bao nhiêu thiên hà cổ đại khác đang ẩn giấu những bí mật tương tự? JADES-GS-z14-0 là một trường hợp dị biệt hay là đại diện cho một quần thể thiên hà sơ khai phát triển nhanh mà chúng ta chưa từng biết đến?
Mô hình về sự hình thành và tiến hóa của thiên hà cần phải thay đổi như thế nào? Rõ ràng, các mô hình hiện tại đang thiếu sót những yếu tố quan trọng hoặc đã đánh giá thấp tốc độ của các quá trình vật lý trong vũ trụ sơ khai.
Khám phá này một lần nữa khẳng định vai trò cách mạng của Kính viễn vọng James Webb. Nó không chỉ giúp chúng ta nhìn xa hơn mà còn giúp chúng ta nhìn sâu hơn vào những quy luật cơ bản chi phối vũ trụ. Mỗi hình ảnh, mỗi dữ liệu mà JWST gửi về đều có tiềm năng viết lại những gì chúng ta biết. Cuộc hành trình khám phá vũ trụ chỉ vừa mới bắt đầu, và những bí ẩn lớn nhất vẫn đang chờ đợi ở phía trước.
Tài liệu nghiên cứu tham khảo: Sander Schouws et al., "Detection of [OIII]88μm in JADES-GS-z14-0 at z=14.1793", arxiv (2025).
