Vũtrụkhông nhìn thấy (4)
Nhìn xa hơn, rõ hơn
Kính thiên văn vũtrụJames Webb sẽsẵn sàng thay chỗHubble vào năm
2014. (Ảnh: NASA/MSFC/David Higginbotham/Emmett Given)
Những năm sắp tới, chúng ta sẽcó cơhội chiêm ngưỡng vũtrụkhông nhìn
thấy qua các thiết bịhiện có và những tàu khảo sát mới hoạtđộng trong mọi bước
sóng điện từ.
Cột trụcủa ngành thiên văn học vũtrụhiện nay, kính thiên văn vũtrụ
Hubble, sẽngừng hoạtđộng vào năm 2014, vào lúc ấy kẻkếnhiệm của nó, Kính
thiên văn vũtrụJames Webb (JWST), sẽsẵn sàng bay vào quỹ đạo. JWST chủyếu
hoạtđộng trong vùng hồng ngoại, bao quát các bước sóng từ500 nano mét đến 24
micro mét. Mục tiêu chính của nó sẽlà chụpảnh của những hành tinh cỡtrái đấtvà
phát hiện ra những thiên hà rất sơkhai tại rìa của vũtrụquan sát thấy. Đến năm
2020, SPICA, một kính thiên văn vũtrụhồng ngoại hợp tác của Nhật Bản-châu Âu,
cũng sẽ được triển khai, cùng với sựvận hành của những chiếc kính thiên văn
quang học và hồng ngoại gần kích thước khổng lồtrên mặtđất – Kính thiên văn
Cực Lớn của châu Âu, Kính thiên văn Ba mươi mét và Kính thiên văn Magellan Lớn.
Loạt Kính Mili mét Lớn Atacama (ALMA) sẽbao quát các bước sóng từ0,4
đến 3 mili mét và sẽ đi vào hoạtđộng ởChile vào năm 2012. Nó sẽkhảo sát các
vùng đang hình thành sao trong thiên hà của chúng ta và những thiên hà khác với
độ phân giải góc và độ nhạy cao.
Xét vềtính “khủng”, thì ALMA chẳng thấm vào đâu so với một chiếc kính
thiên văn vô tuyến quốc tếgọi là Ma trận Kilo mét Vuông (SKA). ĐặtởNam Phi
hoặc Australia, nó sẽliên kết một kilo mét vuông dày đặc các anten vô tuyến với
các trạm thu cách xa tới 3000 km. Tham vọng dành cho SKA quảkhiến người ta mê
muội: nó sẽnghiên cứu sựtiến hóa của vũtrụvà bản chất củavật chất tốivà năng
lượng tối qua các quan sát chất khí hydrogen trong một tỉthiên hà, và thực hiện
các phép đo cơbảnđể kiểm tra kiến thức của chúng ta vềsựhấp dẫn và phát hiện
ra sóng hấp dẫn.
Tạiđầu tia X của quang phổ, NASA và các cơquan vũtrụchâu Âu và Nhật
Bản hiệnđang nghiên cứu tính khảthi của mộtĐài thiên văn Tia X Quốc tế(IXO).
Nếu mọi thứdiễn ra suôn sẻ, thì IXO sẽsăm soi qua lớp bụi bặm và những đám
mây khí tối mịtđể khám phá và lập bảnđồ các lỗ đen siêu khối ngược dòng thời
gian khi các thiên hà mới hình thành đầu tiên, và vén màn bí ẩn lịch sửvà sựphát
triển của vật chất và năng lượng, cảphần nhìn thấy và phần tối. Nó cũng sẽnghiên
cứu các nguyên tố đã được tạo ra khi nào và nhưthếnào và làm thếnào chúng
phân tán trong môi trường giữa các sao.
Michael Rowan-Robinson, giáo sưthiên văn vật lí tại trường Imperial
College London. Ông là nhà nghiên cứu thiên văn học hồng ngoại và dưới mm, và
vũtrụhọc.
Vũtrụkhông nhìn thấy (3)
Các sựkiện nóng bỏng, khốc liệt, năng lượng cao
Tia X và tia gamma là sóng điện từnăng lượng cao nhất, với bước sóng bằng
một phần nhỏcủa một nano mét hoặc ngắn hơn.
Các quan sát ởnhững bước sóng này cho thấy vũtrụ ở cấpđộ nóng nhất và
dữdội nhất của nó. Đây là một chế độ bùng nổtia gamma, của chất khí ởnhiệtđộ
hàng trăm triệuđộ đang xoáy tròn xung quanh tàn dưcủa các ngôi sao đã chết, và
của những vật thểkì lạnhưsao lùn trắng, sao neutron và các lỗ đen.
Ảnh tia X của mặt trời cho phép chúng ta nhìn thấy tác dụng đặc biệt của
hoạtđộng mặt trời gây ra bởi các lực từ. (Ảnh: SOHO/NASA/ESA)
Thiên văn học bùng nổ
Tia gamma có bước sóng ngắn hơn 0,01 nano mét và được phát ra trong sự
phân hủy phóng xạ, hoặc bởi các hạtđang chuyểnđộng ởgần tốcđộ ánh sáng. Vụ
bùng nổtia gamma đầu tiên được phát hiện ra vào năm 1967, bởi các vệtinh theo
dõi thửvũkhí hạt nhân trong khí quyển.
Đa sốcác vụnổcó khảnăng xảy ra khi một ngôi khối lượng lớn, đang quay
nhanh, co lạiđể tạo thành một lỗ đen, phát ra một chùm hẹp bức xạcường độ
mạnh, còn những vụnổngắn hơn có thểphát sinh khi hai sao neutron hợp nhất.
Các vụnổthường kéo dài trong vài ba giây, với một tia X kéo dài lâu hơn và ánh
chói trong vùng nhìn thấy, nhưng có thểgiải phóng năng lượng bằng năng lượng
mà mặt trời chúng ta sẽphát ra trong quãng đời 10 tỉnăm của nó. Chúng có thể
nhìn thấy ngay cảtừrìa của vũtrụnhìn thấy: mớiđây, người ta đã quan sát thấy
các tia gamma phát ra từmột thiên hà cách xa 13 tỉnăm ánh sáng, nghĩa là chúng
được phát ra sau Big Bang chỉ600 triệu năm thôi.
Như đối với tia X, các tia gamma bịkhí quyển củatrái đấthấp thụ. Một sứ
mệnh không gian chuyên biệt, kính thiên văn SWIFT của NASA, đã nghiên cứu hơn
500 vụnổkểtừkhi nó được phóng lên quỹ đạo hồi năm 2004, trong khi các thiết
bịmặtđất nhưHESS ởNamibia, MAGIC ởquầnđảo Canary và VERITAS ởArizona
đang dõi mắt tìm kiếm ánh sáng phát ra từnhững cơn mưa hạt hạnguyên tửcó
thời gian sống ngắn sinh ra khi các tia gamma năng lượng cao va chạm với các
nguyên tửtrong khí quyểntrái đất.
Các mặt trời tia X
Các ngôi sao bình thường phát ra những lượng lớn tia X, nhưngười MĩT. R.
Burnight đã phát hiện ra hồi năm 1948 khi ông phóng một tên lửa V2 thu giữcủa
Đức, bên trong có chứa một cuộn phim, vềphía mặt trời. Những tia này chủyếu
đến từnhật hoa của mặt trời, lớp vỏbên ngoài của vùng plasma nóng dễnhìn thấy
nhất trong kì nhật thực toàn phần, và cũng đến từnhững vùng hoạtđộng đặc biệt
củađĩa mặt trời.
Các sứmệnh tia X mặt trời như Đài thiên văn Mặt trời và Nhật quyển (SOHO)
của NASA, phóng lên hồi năm 1995, và Yokhoh, một sứmệnh hợp tác của Nhật Bản,
Anh và Mĩ, phóng lên vào năm 1991, đã có thểquan sát các tai lửa mặt trời khi
chúng phát triển. Những tai lửa mạnh nhất trong sốnày có thểmang lại sựphun
trào vật chất vành nhật hoa, trong đó một cái bọt khổng lồgồm các hạt năng lượng
cao và các đường sức từbùng nổra khỏi mặt trời. Những vụnổnày có khảnăng
gây gián đoạn sựtruyền thông tin liên lạc khi chúng đi tới Trái đất, và còn mang lại
mối nguy hại bức xạ đối với các nhà du hành trong bất kì sứmệnh liên hành tinh
có người lái nào trong tương lai.
Những ngôi sao chết
Các tia X vũtrụbịoxygen và nitrogen trong khí quyển của Trái đất hấp thụ,
nên các kính thiên văn tia X phảiđượcđưa lên quỹ đạo. Nguồn phát tia X nhỏgọn
đầu tiên, Sco X-1 trong chòm sao Scorpio (Bọcạp), đã được tìm thấy trong các
quan sát tên lửa của mặt trăng vào năm 1962. Năm 1970, vệtinh tia X chuyên dụng
đầu tiên, Uhuru của NASA, được phóng lên quỹ đạo.
Nhiều nguồn phát tia X là các hệsao đôi trong đó chất khí đang tuôn ra lấy
bởi một ngôi sao đang qua đời chuyểnđộng xoắnốc vào kẻ đồng hành của nó –
một tàn dưnhỏgọn, chết chóc của cái đã từng là một ngôi sao. Khi chuyểnđộng
nhưvậy, chất khí đó nóng lên và phát ra tia X.
Trong Sco X-1, vật thể đồng hành là một sao neutron, tàn dưcủa một ngôi
sao có khối lượng gấp 10 lần mặt trời của chúng ta. Những hệkhác có các đồng
hành lùn trắng, to lớn hơn. Nhưng các phép đo hồi năm 1971 của sựlắc lưquỹ đạo
của kẻ đồng hành không nhìn thấy trong một nguồn phát tia X, Cyg X-1 trong chòm
sao Cygnus, cho thấy nó có khối lượng quá lớn so với một sao lùn trắng hoặc sao
neutron. Nó phải là một lỗ đen – bằng chứng quan sát đầu tiên cho sựtồn tại của
một vật thểnhưvậy.