Việc phóng kính thiên văn không gian James Webb (JWST) vừa qua sẽ mở ra cho các nhà thiên văn những cơ hội mới chưa từng có trước đây. Nhân dịp này, chúng ta hãy nhìn lại những gì mà các thế hệ kính thiên văn trước đây đã làm được.
Các nhà thiên văn hiếm khi đơn thuần chỉ sử dụng kính thiên văn của mình để chụp ảnh. Các bức ảnh trong vật lý thiên văn thường là sản phẩm của một quá trình suy luận và tưởng tượng khoa học, thỉnh thoảng chúng được vẽ lại dựa trên sự mường tượng của các họa sĩ về những gì dữ liệu gợi ý.
Chỉ chọn một số ít hình ảnh không phải là điều dễ dàng. Tôi đã giới hạn số lượng và chỉ chọn những hình ảnh được chụp bởi các kính thiên văn được đầu tư công khai và những hình ảnh tiết lộ một số thông tin khoa học thú vị. Tôi cố gắng tránh đưa vào những hình ảnh rất phổ biến mà nhiều người đã thấy rồi.
Những hình ảnh dưới đây được chọn lọc theo cảm tính của riêng tôi và chắc rằng nhiều độc giả có thể có những lựa chọn khác nhau.
Các cực của Sao Mộc
Hình ảnh đầu tiên mà tôi chọn được chụp bởi tàu không gian Juno (trong sứ mệnh thám hiểm Sao Mộc) của NASA, hiện đang quay quanh Sao Mộc. Hình ảnh này được chụp vào tháng 10 năm 2017 khi con tàu ở vị trí cách đỉnh các đám mây của Sao Mộc 18.906 km. Juno đã chụp một vùng mây ở bán cầu Bắc của hành tinh này và cung cấp cho chúng ta cái nhìn đầu tiên về các cực của Sao Mộc (ở đây là cực bắc).
Bức ảnh này được chụp dựa trên việc phát hiện các mô hình dòng chảy phức tạp, giống như những cơn lốc xoáy trong khí quyển của Trái Đất và các hiệu ứng nổi bật do nhiều loại mây ở các độ cao khác nhau thỉnh thoảng đổ bóng lên các lớp mây phía dưới gây ra.
Tôi chọn hình ảnh này vì tính thẩm mỹ cũng như sự ngạc nhiên mà nó mang tới: các vùng gần cực bắc của Sao Mộc trông rất khác so với những gì trước đây mà chúng ta đã thấy ở những nơi gần xích đạo hơn. Bằng việc nhìn xuống các cực của Sao Mộc, Juno đã cho chúng ta thấy một cái nhìn khác về một hành tinh quen thuộc.
Tinh vân Đại bàng
Các nhà thiên văn có thể thu được thông tin độc đáo nhờ vào việc chế tạo các kính thiên văn có độ nhạy với ánh sáng có “màu sắc” nằm ngoài dải màu mà mắt chúng ta có thể nhìn thấy. Màu cầu vồng quen thuộc chỉ là một phần rất nhỏ so với cái mà các nhà vật lý gọi là phổ điện từ.
Dài hơn bước sóng đỏ là ánh sáng hồng ngoại mang ít năng lượng hơn ánh sáng biểu kiến. Camera hồng ngoại có thể nhìn thấy các vật thể quá lạnh mà mắt người không thể phát hiện được. Trong không gian, camera hồng ngoại cũng có thể nhìn xuyên qua bụi, nếu không có nó thì tầm nhìn của chúng ta sẽ bị hoàn toàn che khuất.
JWST sẽ trở thành đài quan sát hồng ngoại lớn nhất từng được phóng. Cho tới trước đó, Herschel của cơ quan không gian châu Âu (ESA) là đài quan sát hồng ngoại lớn nhất. Tấm ảnh tiếp theo mà tôi chọn ở đây là hình ảnh mà Herschel đã chụp về sự tạo sao trong Tinh vân Đại bàng (M16).
Tinh vân là một đám mây khí trong không gian. Tinh vân Đại bàng, nằm cách Trái Đất 6.500 năm ánh sáng - một khoảng cách khá gần đối với thang khoảng cách thiên văn, là một khu vực tạo sao mạnh mẽ.
Một góc nhìn cận cảnh về nét đặc trưng nằm gần trung tâm của tấm hình này được gọi là “các cột sáng tạo” (Pillars of Creation). Trông hơi giống như một ngón tay cái và ngón trỏ hướng lên trên và hơi sang trái, những cột này nhô ra tạo thành một cái hốc trong một đám mây phân tử khí và bụi khổng lồ. Hốc này đang dần bị cuốn ra ngoài do tác động từ những cơn gió thổi ra từ những ngôi sao mới đầy năng lượng mà gần đây đã hình thành sâu hơn trong đám mây này.
Trung tâm thiên hà
Hình ảnh này cho chúng ta cái nhìn sâu hơn vào không gian, tới tận trung tâm thiên hà Milky Way. Nó cũng được chụp ở dải sóng hồng ngoại nhưng lần này có sự kết hợp dữ liệu từ hai kính thiên văn của NASA là Hubble và Spitzer.
Vùng màu trắng sáng ở phía dưới bên phải của hình là trung tâm thiên hà của chúng ta. Nó chứa một lỗ đen siêu nặng được gọi là Sagittarius A* - một cụm sao và tàn dư của một sao khối lượng lớn đã phát nổ dưới dạng một vụ nổ supernova khoảng 10.000 năm trước.
Cũng có thể nhìn thấy được các cụm sao khác trong bức ảnh này. Ở phía dưới bên trái của hình là cụm Quintuplet nằm trong một bong bóng nơi mà gió sao đã quét sạch khí và bụi bên trong . Ở phía trên bên trái là cụm Arches - tên gọi dựa trên hình dạng các cung khí được chiếu sáng kéo dài từ phía trên nó tới ra khỏi hình này. Hai cụm này chứa một số sao khối lượng lớn nhất được biết tới.
Abell 370
Ở quy mô lớn hơn nhiều so với các thiên hà riêng lẻ, vũ trụ được cấu trúc như một mạng lưới chứa các sợi (các sợi dài nối với nhau) vật chất tối. Một số thiên thể có thể nhìn thấy nổi bật nhất là các cụm thiên hà hình thành ở giao điểm của các sợi.
Nếu nhìn vào các cụm thiên hà gần đó (tất nhiên là nói một cách tương đối), chúng ta có thể thấy bằng chứng rõ ràng rằng Einstein đã đúng khi khẳng định rằng khối lượng bẻ cong không gian. Một trong những minh chứng tốt nhất cho thấy sự bẻ cong này của không gian có thể được nhìn thấy trong hình ảnh mà Hubble đã chụp về Abell 370 được công bố vào năm 2017.
Abell 370 là một cụm gồm hàng trăm thiên hà nằm cách chúng ta khoảng 5 tỷ năm ánh sáng. Như trong hình, bạn có thể thấy những cung ánh sáng kéo dài. Đây là những hình ảnh bị bóp méo và phóng đại của các thiên hà ở xa hơn rất nhiều. Khối lượng của cụm Abell 370 đã làm biến dạng không thời gian đồng thời bẻ cong ánh sáng tới từ các thiên thể ở xa hơn, dẫn tới hình ảnh của các thiên thể này bị phóng đại và trong một số trường hợp tạo ra nhiều hình ảnh của cùng một thiên hà ở xa. Hiện tượng này được gọi là thấu kính hấp dẫn vì không thời gian bị biến dạng hoạt động giống như một thấu kính quang học.
Điểm nổi bật nhất trong số những hình ảnh phóng đại này chính là cung sáng dày nhất ở phía trên bên trái bức ảnh. Ở vị trí đầu và đuôi của “Con rồng”- tên gọi của cung này - là hai hình ảnh của cùng một thiên hà ở xa. Những hình ảnh chồng chéo của một số thiên hà ở xa khác gồm có phần cung chứa thân của con rồng này.
Những hình ảnh được phóng đại hấp dẫn này rất hữu ích cho các nhà thiên văn vì việc phóng đại như vậy sẽ tiết lộ nhiều chi tiết hơn là những gì có thể nhìn thấy được về thiên thể ở khoảng cách xa bị thấu kính . Trong trường hợp này, quần thể các sao của thiên hà bị thấu kính có thể được nghiên cứu chi tiết.
Trường nhìn cực sâu của Hubble (viết tắt là HDUF)
Với một ý tưởng đầy cảm hứng, các nhà thiên văn đã quyết định hướng Hubble vào một vùng trời trống trong vài ngày để khám phá xem liệu có những thiên thể ở cực kỳ xa nào mà có thể quan sát được ở rìa của vùng vũ trụ quan sát được hay không.
HUDF chứa gần 10.000 thiên thể và hầu như tất cả chúng đều là những thiên hà ở rất xa. Ánh sáng từ một số thiên hà này đã truyền đi trong hơn 13 tỷ năm, kể từ khi vũ trụ chỉ mới khoảng nửa tỷ năm tuổi.
Một số trong các thiên thể này thuộc nhóm những thiên thể lâu đời nhất và xa nhất được biết tới. Ở đây, chúng ta đang nhìn thấy ánh sáng được phát ra từ những sao cổ đại trong khi đó ánh sáng từ các sao khác cùng thời ở nơi đó đã tắt từ lâu.
Các thiên hà lâu đời nhất được hình thành trong kỷ nguyên tái ion hóa, khi mà lần đầu tiên các khí loãng trong vũ trụ được tiếp xúc với ánh sáng phát ra từ các sao có khả năng tách các electron khỏi hydro. Đây là sự thay đổi lớn cuối cùng về đặc tính của toàn bộ vũ trụ.
Thực tế việc ánh sáng mang rất nhiều thông tin cho phép chúng ta ghép lại lịch sử của vũ trụ là điều đáng chú ý. Việc phóng kính thiên văn không gian James Webb sẽ cung cấp cho chúng ta một số hình ảnh hồng ngoại được cải thiện đáng kể, và chắc chắn sẽ có nhiều câu hỏi mới được đặt ra thách thức các thế hệ nhà khoa học trong tương lai.
Hồng Anh
Dịch từ bài của Carole Haswell đăng trên The Conversation
