"Cho đến nay, đây là thiên hà xa nhất mà các nhà khoa học có thể đo được sự dồi dào của oxy”, Alice Shapley, Giáo sư thiên văn học tại trường Đại học UCLA, đồng tác giả nghiên cứu nói. "Chúng tôi đang trở lại thời điểm thiên hà này xuất hiện cách đây 12 tỷ năm".

Việc xác định được sự phong phú của oxy trong thiên hà COSMOS-1908 là bước tiến quan trọng cho phép các nhà thiên văn hiểu rõ hơn quần thể thiên hà mờ và xa được quan sát thấy khi vũ trụ chỉ vài tỷ năm tuổi và có sự phát triển của thiên hà.

Thiên hà COSMOS-1908 chứa khoảng 1 tỷ ngôi sao. Trái lại, thiên hà Milky Way chỉ có khoảng 100 tỷ ngôi sao; một số thiên hà trong vũ trụ chứa nhiều sao hơn, trong khi các thiên hà khác lại có ít sao. Hơn nữa, thiên hà COSMOS-1908 là nơi chứa đựng khoảng 20% lượng oxy được quan sát thấy từ Mặt trời.

Thông thường, các nhà thiên văn phải dựa vào kỹ thuật gián tiếp và không chính xác để ước tính sự dồi dào của oxy trong phần lớn các thiên hà xa. Nhưng trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu tại UCLA đã sử dụng phương pháp đo trực tiếp.

"Các thiên hà gần sáng hơn nhiều và chúng tôi có một phương pháp rất hiệu quả để xác định lượng oxy trong các thiên hà gần", GS. Sanders nói. Trong các thiên hà mờ ở xa, nhiệm vụ trở nên khó khăn hơn nhiều, nhưng thiên hà COSMOS-1908 là trường hợp được nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp thường dùng cho các thiên hà gần.

"Lượng oxy trong thiên hà được xác định chủ yếu bởi ba yếu tố: lượng oxy đến từ các ngôi sao lớn ngừng hoạt động trong các vụ nổ của siêu tân tinh, một hiện tượng phổ biến trong vũ trụ sơ khai khi tỷ lệ sinh của ngôi sao cao hơn đáng kể so với trong vũ trụ ngày nay; lượng oxy được giải phóng ra từ thiên hà thông qua "siêu gió" (super wind), đã đẩy oxy và các khí khác ra khỏi các thiên hà với tốc độ lên đến hàng trăm nghìn dặm mỗi giờ; và lượng khí nguyên sơ đi vào thiên hà từ môi trường giữa các thiên hà không chứa nhiều oxy”.

Shapley hy vọng các số đo về lượng oxy sẽ tiết lộ vai trò rất quan trọng của siêu gió đối với sự phát triển của thiên hà. "Việc định lượng oxy của các thiên hà trong vũ trụ theo thời gian là một trong những phương pháp chính mà chúng tôi có để tìm hiểu sự hình thành của các thiên hà và phương thức chúng giải phóng khí vào trong môi trường giữa các thiên hà", Shapley nói.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một công cụ tiên tiến và tinh vi được gọi là MOSFIRE (Quang phổ thăm dò hồng ngoại đa vật thể) được lắp đặt trên kính thiên văn Keck I tại Đài quan sát Keck. Công cụ 5 tấn này được thiết kế để nghiên cứu các thiên hà xa và mờ nhất.

MOSFIRE thu thập photon ánh sáng nhìn thấy từ các vật thể cách hàng tỷ năm ánh sáng, có chiều dài bước sóng được kéo dài hay "dịch chuyển đỏ" tới hồng ngoại do sự mở rộng của vũ trụ. Do tốc độ hữu hạn của ánh sáng, MOSFIRE đang cung cấp cái nhìn về những thiên hà này khi chúng tồn tại hàng tỷ năm trước đây, khi ánh sáng đầu tiên bắt đầu đi đến Trái đất.

MOSFIRE là công cụ "quang phổ" truyền ánh sáng từ các vật thể thiên văn thành quang phổ của các bước sóng riêng biệt (màu sắc), thể hiện mức năng lượng cụ thể được phát ra ở mỗi bước sóng. Máy quang phổ cho phép các nhà thiên văn xác định thành phần hóa học của các thiên hà vì mỗi nguyên tố hóa học khác nhau như oxy, cácbon, sắt hoặc hydro cung cấp một tín hiệu quang phổ duy nhất bằng cách phát xạ ánh sáng với bước sóng cụ thể.

Để mô tả thành phần hóa học của thiên hà COSMOS-1908, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công cụ MOSFIRE để phân tích bước sóng đặc biệt trong quang phổ của thiên hà nhạy cảm với lượng oxy.