Đo ánh sáng của tất cả các ngôi sao trong 13,7 tỷ năm

“Đây là việc chúng ta chưa từng làm được trước đây”, Marco Ajello, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Khoa học Clemson ở Nam Carolina và là tác giả chính của bài báo, cho biết.

Những ngôi sao đầu tiên bắt đầu chập chờn phát sáng vào một vài trăm triệu năm sau Big Bang. Kể từ đó, các thiên hà đã khuấy động các ngôi sao với tốc độ [quay] kỳ diệu, và các nhà khoa học ước tính hiện có khoảng một triệu tỷ tỷ ngôi sao. Tổng cộng, các nhà thiên văn học ước lượng, các ngôi sao đã phát ra 4x1084 photon (một photon là đơn vị ánh sáng nhỏ nhất).

Các nhà thiên văn học tính toán điều này dựa trên các phép đo về ánh sáng nền ngoài thiên hà (extragalactic background light - EBL), một màn mờ vũ trụ gồm các bức xạ được bắt đầu tích lũy kể từ khi các ngôi sao đầu tiên phát sáng vào trong khoảng không rộng lớn và tối của vũ trụ. Hơn 90% ánh sáng của các ngôi sao vẫn còn tồn tại trong màn bức xạ mờ này.

Kári Helgason thuộc Đại học Iceland, Reykjavík và là đồng tác giả của công trình, cho biết dù “đang ngồi trong một biển ánh sáng” nhưng do bị ánh sáng từ các ngôi sao gần hơn che khuất nên chúng ta rất khó quan sát được EBL.

Những quan sát mới nhất, được kính viễn vọng không gian Fermi của NASA thu thập trong 9 năm qua, sử dụng ánh sáng từ các blazar - những lỗ đen siêu nặng phát ra những luồng tia gamma rất mạnh - như những chỉ báo để rọi lên màn mờ của vũ trụ. Helgason nói: “Những tia này sáng đến mức có thể chiếu qua gần hết cả phần vũ trụ có thể quan sát được”.

Tổng cộng, nhóm nghiên cứu đã thu thập tín hiệu từ 739 blazar - một số blazar tương đối gần và một số blazar ở khoảng cách rất xa, phát ra ánh sáng trong vũ trụ sớm và phải mất đến hàng tỉ năm mới tới Trái đất. Có khả năng các photon của những tia gamma này khi truyền qua màn mờ của vũ trụ cao bị hấp thụ. Bằng cách chọn các blazar ở những khoảng cách khác nhau từ Trái đất và tìm ra lượng bức xạ tia gamma đã bị mất trên đường đi, có thể xác định một cách chắc chắn tổng lượng ánh sáng sao ở các thời kỳ khác nhau. Vaidehi Paliya, một đồng tác giả của bài báo, nói: “Chúng tôi đã đo tổng ánh sáng của từng giai đoạn - 1 tỉ năm trước, 2 tỉ năm trước, 6 tỉ năm trước,v.v... trở về đến thời điểm ngôi sao đầu tiên được hình thành. Điều này thực sự đem đến cho chúng tôi cơ hội tái cấu trúc ánh sáng nền vũ trụ với vai trò như một hàm của thời gian”.

Một biến số mà các nhà nghiên cứu phải tính đến là, trong khi ánh sáng các ngôi sao đang tích lũy dần theo thời gian, màn mờ của vũ trụ bị loãng đi khi vũ trụ dãn nở và không gian cũng dần giãn ra. Nhìn chung, màn mờ này có xu hướng trở nên dày đặc hơn. Cùng với các hiện tượng phức tạp khác của vũ trụ, hiện tượng này được giải quyết bằng một mô hình máy tính.

Các phép đo cho thấy, sự hình thành sao đạt đỉnh điểm vào khoảng 11 tỉ năm trước và suy yếu kể từ đó. Mỗi năm, khoảng bảy ngôi sao mới được sinh ra trong dải Ngân hà.

Ajello nhận định: “Các phép đo đạc mà chúng tôi áp dụng giúp chúng tôi tìm hiểu được khoảng thời gian này. Có lẽ một ngày nào đó, chúng ta sẽ tìm cách để nhìn lại Big Bang. Đó là mục tiêu cuối cùng của chúng tôi.”¨