Capotauro, ứng viên thiên hà xa nhất của Webb, hóa ra là sao lùn nâu trong Ngân Hà

Capotauro, chấm đỏ mờ nhạt mà các ảnh từ Kính viễn vọng Không gian James Webb từng gợi ý là thiên hà xa nhất từng được quan sát, đã dịch chuyển. Trong hơn ba năm rưỡi, nó trượt đi một khoảng cực nhỏ trên bầu trời, điều mà không vật thể nào cách xa hàng tỷ năm ánh sáng có thể làm được.

Chuyển động này khép lại cuộc tranh luận kéo dài hơn một năm. Capotauro là một sao lùn nâu, một ngôi sao thất bại quá nhỏ để đốt cháy hydro, trôi dạt trong chính Ngân Hà của chúng ta ở nhiệt độ xấp xỉ một tách trà vừa pha. Thay vì viết lại câu chuyện về những thiên hà đầu tiên, nó trở thành một trong những vật thể cùng loại lạnh nhất và xa nhất từng được nhận diện.

Kết quả này đến từ nhóm do Fengyuan Liu và Derek McLeod tại Viện Thiên văn học thuộc Đại học Edinburgh dẫn dắt, và hiện đã được công bố trên Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Họ đo được độ dịch chuyển 132 mili giây cung, sai số 20 mili giây cung, đủ để loại trừ một thiên hà, một hố đen hoạt động hoặc một siêu tân tinh với độ tin cậy trên sáu sigma. Các nhà vật lý thường cần năm sigma để tuyên bố một khám phá.

Mức độ quan trọng của vấn đề là rất lớn. Nếu Capotauro là một thiên hà, ánh sáng của nó đã rời nguồn phát vào khoảng 90 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, sớm hơn gần 200 triệu năm so với MoM-z14, thiên hà xa nhất đã được xác nhận bằng phổ. Nó cũng sáng hơn quá mức so với một vật thể sơ khai như vậy. “Nếu nó là một thiên hà có dịch chuyển đỏ 32, thì nhiều điều chúng ta đã nghĩ cho đến nay sẽ là sai,” Nicha Leethochawalit của National Astronomical Research Institute of Thailand từng nói khi ứng viên này được công bố.

Một độ dịch chuyển bằng bề rộng sợi tóc đã định đoạt mọi chuyện như thế nào

Các thiên hà xa xôi giữ nguyên vị trí trên bầu trời trong thời gian lâu hơn rất nhiều so với tuổi thọ con người. Các ngôi sao và sao lùn nâu bên trong Ngân Hà quay quanh thiên hà với tốc độ riêng, vì vậy trong vài năm chúng sẽ từ từ dịch chuyển so với nền trời. Sự trôi dạt này, gọi là chuyển động riêng, là cách rõ ràng nhất để phân biệt một vật thể lân cận với một gã khổng lồ vũ trụ.

Nhóm nghiên cứu đã so sánh các ảnh phát hiện từ khảo sát CEERS với những ảnh mới chụp sau đó ba năm rưỡi bởi hai chương trình Webb là MINERVA và SPAM. Cả hai đều sử dụng các bộ lọc ở đầu bước sóng dài của máy ảnh NIRCam trên Webb, nơi Capotauro sáng nhất. Các nhà nghiên cứu cố định vị trí của nó theo 68 nguồn nền nhỏ gọn và thực hiện 50.000 lần thử, gồm cả các nguồn giả được đưa vào ảnh, để xem một phép đo như của họ có thể dao động ngẫu nhiên đến mức nào.

Độ dịch chuyển họ phát hiện, 132 mili giây cung, tương đương bề rộng của một sợi tóc người khi quan sát từ khoảng cách hơn 100 mét. Một phần độ dịch chuyển biểu kiến có thể đến từ thị sai, dao động nhỏ hằng năm do Trái Đất quay quanh Mặt Trời, nhưng trong trường hợp này nó chỉ chiếm khoảng 3 mili giây cung và hướng theo một chiều khác. Gần như toàn bộ chuyển động là sự dịch chuyển thực trong không gian, khoảng 38 mili giây cung mỗi năm.

Một phổ không thể giải quyết vấn đề: phổ NIRSpec mờ nhạt của Webb phù hợp với cả hai cách diễn giải, còn Capotauro lại quá tối để có được phổ tốt hơn. Vì thế, nhóm đã biến hóa học thành hình học. Một thiên hà ở rìa thời gian không thể dịch chuyển. Một sao lùn nâu ở gần thì phải dịch chuyển.

Vì sao một ngôi sao thất bại có thể giống một thiên hà mới chào đời

Các nhà thiên văn tìm những thiên hà sớm nhất bằng một thủ thuật gọi là phương pháp dropout. Vũ trụ giãn nở kéo giãn ánh sáng, còn khí hydro giữa các thiên hà hấp thụ mọi thứ xanh hơn một bước sóng nhất định, khiến một thiên hà rất xa biến mất trong các bộ lọc bước sóng ngắn hơn của Webb và chỉ xuất hiện trở lại trong các bộ lọc đỏ nhất. Capotauro cho thấy chính xác mô hình đó, với độ suy giảm khoảng ba cấp sao, và các màu sắc chỉ đến dịch chuyển đỏ xấp xỉ 32.

Những sao lùn nâu lạnh nhất, được gọi là sao lùn Y, có thể giả mạo cùng dấu hiệu ấy. Hơi nước, methane và amoniac trong khí quyển của chúng hấp thụ gần như toàn bộ ánh sáng ở các bước sóng hồng ngoại ngắn hơn, trong khi độ phát sáng tăng mạnh từ 4 đến 5 micron. Qua một số ít bộ lọc băng rộng, một sao lùn Y mờ nhạt và một thiên hà hình thành sớm đến khó tin có thể trông giống nhau.

Cái bẫy này không mới. Các sao lùn nâu mát từng giả dạng thiên hà có dịch chuyển đỏ từ 5 đến 7 trong thời Hubble; giờ đây, những kẻ mạo danh là các sao lùn Y lạnh hơn, thường vắng mặt trong các thư viện mẫu mà giới thiên văn sử dụng. Hai ứng viên khác vượt quá dịch chuyển đỏ 30, nằm gần Bullet Cluster, hóa ra là sao lùn Y sau khi đợt ảnh Webb thứ hai ghi nhận chúng đang di chuyển.

Giovanni Gandolfi của Đại học Padua, người dẫn đầu nhóm báo cáo vật thể này, gọi Capotauro là một “thiên hà xa nhất từng được quan sát” có thể có, nhưng cũng liệt kê một sao lùn nâu lạnh hoặc một hành tinh lang thang trong số các khả năng thay thế. Một phân tích của nhóm JADES trước đó đã phát hiện màu sắc của nó phù hợp với một sao lùn Y ở khoảng 350 kelvin.

Capotauro thực sự là gì

Các phép đo mới chỉ đến một sao lùn nâu thuộc kiểu quang phổ Y1, có nhiệt độ khoảng 350 kelvin, tương đương 77 độ C. Nó phát ra xấp xỉ một phần năm triệu năng lượng của Mặt Trời và nằm cách khoảng 730 parsec, gần 2.400 năm ánh sáng, với độ bất định vào khoảng 360 năm ánh sáng.

Điều đó khiến nó trở thành một ngoại lệ: phần lớn các sao lùn Y đã biết nằm trong phạm vi vài chục năm ánh sáng tính từ Mặt Trời, còn WISE 0855, sao lùn nâu lạnh nhất được biết đến, chỉ cách 7,4 năm ánh sáng. Chỉ một khảo sát sâu được thiết kế để săn lùng các thiên hà sơ khai mới có thể phát hiện một vật thể mờ và xa đến vậy.

Tốc độ của nó cũng nổi bật: khoảng 132 kilomet mỗi giây theo phương ngang, tương đương xấp xỉ 475.000 kilomet mỗi giờ. Một mô phỏng Ngân Hà theo hướng quan sát đó chỉ tìm thấy tốc độ như vậy ở 0,4% sao thuộc đĩa mỏng, nhưng ở 8% sao thuộc đĩa dày, một quần thể già có tuổi từ 10 đến 12 tỷ năm, nên Capotauro có thể là một vật thể cổ đại. Sao lùn Y thường có khối lượng gấp 3 đến 25 lần Sao Mộc, với nhiệt độ tương tự những ngoại hành tinh khổng lồ lạnh nhất từng được chụp ảnh cho đến nay.

Những điều phép đo chưa thể giải quyết

Khoảng cách được suy ra từ việc so sánh màu sắc của Capotauro với các mẫu sao lùn nâu đã biết, chứ không phải từ thị sai hình học trực tiếp. Các mẫu hiện có dừng ở kiểu Y1, vì vậy nhóm không thể loại trừ một vật thể còn lạnh hơn. Nếu Capotauro lạnh hơn và mờ hơn giả định, nó cũng ở gần hơn, điều sẽ làm giảm tốc độ của nó và khiến nó trở thành một thành viên thông thường của đĩa mỏng.

Khối lượng của nó chưa rõ, và phần lớn thành phần hóa học cũng vậy. Capotauro mới chỉ được phát hiện trong khoảng từ 4 đến 5 micron và quá mờ để có thể theo dõi thực tế bằng các máy quang phổ của Webb, vì thế nhóm cho rằng nó chủ yếu sẽ đóng vai trò một đầu dò thống kê đối với các sao lùn nâu xa xôi.

Một nhóm khác từng đề xuất Capotauro là một siêu tân tinh bất ổn định cặp, vụ nổ của một ngôi sao sơ khai khổng lồ, tại dịch chuyển đỏ gần 15, viện dẫn độ sáng tăng biểu kiến khoảng 23%. Nhóm Edinburgh không phát hiện thay đổi đáng kể nào giữa hai bộ ảnh, dù không thể loại trừ biến thiên tới 10%, vốn thường gặp ở sao lùn nâu. Họ cho rằng các phép đo độ sáng ban đầu có khả năng cao hơn thực tế khoảng 50% do khẩu độ đo quá lớn. Một vật thể di chuyển cũng loại trừ giả thuyết siêu tân tinh.

Kết quả này không phủ định mọi tuyên bố về các thiên hà vượt xa kỷ lục hiện tại. Nó đặt ra một quy tắc để kiểm tra chúng: các ứng viên ở dịch chuyển đỏ gần 30 cần được đối chiếu với mẫu sao lùn nâu lạnh, và vị trí của chúng cần được so sánh bất cứ khi nào có ảnh từ nhiều hơn một thời điểm.

Những câu hỏi thường gặp về Capotauro

Capotauro là gì?

Capotauro là một nguồn hồng ngoại mờ trong các ảnh Kính viễn vọng Không gian James Webb chụp trường khảo sát CEERS, ban đầu được đề xuất là một thiên hà ở dịch chuyển đỏ 32, vào khoảng 90 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Chuyển động riêng hiện cho thấy nó là một sao lùn nâu lạnh bên trong Ngân Hà. Những người phát hiện nó tại Đại học Padua đã đặt tên theo tên cũ của Corno alle Scale, một đỉnh núi ở dãy Apennines của Italy.

Sao lùn Y là gì?

Sao lùn Y là lớp sao lùn nâu lạnh nhất, một vật thể nặng hơn hành tinh nhưng quá nhẹ để tổng hợp hydro như một ngôi sao. Sao lùn Y lạnh hơn khoảng 500 kelvin, một số có nhiệt độ gần nhiệt độ phòng, và nước, methane cùng amoniac trong khí quyển của chúng hấp thụ phần lớn ánh sáng phát ra.

Các nhà thiên văn phân biệt sao lùn nâu với một thiên hà xa xôi bằng cách nào?

Chỉ màu sắc có thể gây hiểu lầm, bởi một sao lùn nâu lạnh có thể mô phỏng độ sụt ánh sáng được dùng để tìm các thiên hà sơ khai. Phép kiểm tra rõ ràng nhất là chụp lại vật thể sau vài năm: một thiên hà xa xôi giữ nguyên vị trí, trong khi một sao lùn nâu bên trong Ngân Hà sẽ dịch chuyển.

Thiên hà xa nhất được xác nhận cho đến nay là gì?

Thiên hà xa nhất được xác nhận bằng phổ là MoM-z14, được quan sát vào khoảng 280 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Một số ứng viên chỉ dựa trên màu sắc đưa ra mốc thời gian sớm hơn, và Capotauro từng là một trong những trường hợp cực đoan nhất.

Các ảnh phát hiện được chụp vào tháng 12 năm 2022, còn bộ ảnh thứ hai đến từ các quan sát Webb vào giai đoạn giữa đến cuối tháng 6 năm 2026. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society đã công bố phân tích vào ngày 28 tháng 10 năm 2026. Bước tiếp theo mà các nhà nghiên cứu nêu ra là một đợt chụp ảnh thứ ba được canh thời điểm để đo thị sai của Capotauro, qua đó biến khoảng cách ước tính của nó thành khoảng cách được đo trực tiếp, cùng các khảo sát Webb rộng hơn nhằm phát hiện những họ hàng sáng hơn và dễ nghiên cứu hơn.

Tài liệu tham khảo: Liu et al., “A clear detection of proper motion confirms that the claimed z ≃ 32 galaxy candidate, ‘Capotauro’, is a Y-type brown dwarf,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026. DOI: 10.1093/mnras/stag2055

Thẻ: thiên văn học, James Webb Space Telescope, sao lùn nâu, Capotauro, CEERS, Dải Ngân Hà