Cuộc đua tìm kiếm những hành tinh dạng Trái Đất có thể cho phép sự sống đang diễn ra. Chúng ta đã bắt đầu với việc quan sát khí quyển của những ngoại hành tinh lớn nằm trong vùng sống được, như nhóm các hành tinh dạng hycean (các hành tinh được bao phủ bởi đại dương), những đột phá quan trọng nhất có thể đến với sự phát triển của công nghệ kính thiên văn chuyên dụng tiên tiến hơn. Một trong những thiết kế mới sử dụng một thiết bị là "starshade" - một tấm chắn có mục đích che bớt ánh sáng của một ngôi sao ở xa, cho phép chúng ta quan sát trực tiếp các ngoại hành tinh của nó. Vậy liệu công nghệ như vậy đã đủ để quan sát rõ ràng các hành tinh xa xôi?
Từ những năm 1930, các nhà thiên văn đã dùng nhiều cách khác nhau để loại bỏ ánh sáng gây lóa của một vật thể rất sáng, để có thể nhìn rõ những vật thể mờ hơn. Ví dụ, để nhìn thấy vòng nhật hoa lộ ra giống như trong hiện tượng nhật thực, các nhà thiên văn sử dụng một tấm chắn sáng chuyên dụng gọi là coronagraph vừa khớp với ảnh của Mặt Trời trên kính thiên văn. Ý tưởng này được mở rộng để quan sát các ngoại hành tinh lớn, họ dùng một bộ lọc (filter) nhỏ nhằm che đi ánh sáng của sao chủ khỏi tầm nhìn để có thể nhìn thấy các hành tinh ở gần nó. Tuy nhiên, những bộ lọc nhỏ này thường chỉ được đặt bên trong kính thiên văn, điều này hạn chế độ chính xác của chúng.
Một tấm starshade sẽ mang bộ lọc ra khỏi kính thiên văn và đặt nó ở khoảng cách xa đáng kể. Đối với kính thiên văn không gian, điều này có nghĩa sẽ phải có 2 tàu không gian, một chiếc đặt kính thiên văn, chiếc còn lại đặt starshade. Bằng cách đặt 2 thiết bị ở khoảng cách hàng nghìn km, các nhà thiên văn có thể nhìn thấy các ngoại hành tinh có quỹ đạo rất gần sao chủ của chúng. Điều này sẽ đặc biệt hữu ích cho việc nghiên cứu các hành tinh dạng Trái Đất nằm trong vùng sống được quanh các sao lùn đỏ, cho đến hiện tại đây là những hành tinh nằm trong vùng sống được phổ biến nhất.
Có một vấn đề với những đối tượng này, các sao lùn đỏ mờ hơn nhiều so với loại sao như Mặt Trời và ánh sáng phản chiếu từ các hành tinh của chúng thậm chí còn mờ hơn. Vậy nên ngay cả khi có một starshade hiệu quả để triệt tiêu ánh sáng sao, các hành tinh vẫn có thể quá mờ để quan sát được. Nhưng trong một báo cáo mới đăng trên arXiv, các nhà nghiên cứu cho rằng vấn đề này có thể được giải quyết nhờ vào những tiến bộ lớn trong một nhánh nghiên cứu quang học được gọi là quang tử học (photonics).
Hình minh họa về một hệ kết hợp quang tử học với tấm chắn nhật hoa.
Trong khi những kỹ thuật quang học truyền thống có thể thu được ánh sáng yếu, thì quang tử học làm việc ở cấp độ từng photon. Một trong những ứng dụng phổ biến của lĩnh vực này là trong viễn thông bằng cáp quang, vì vậy hãy cảm ơn quang tử học nếu bạn đang dùng internet cáp quang. Trong thiên văn học, quang tử học đã được sử dụng trong các thiết bị quang phổ có độ phân giải cao và máy dò của một số kính thiên văn vô tuyến.
Trong nghiên cứu mới đăng, các tác giả mô tả cách sử dụng các tấm chắn sáng như starshade kết hợp cùng với các máy dò photon, tạo ra một hệ thống hỗn hợp có khả năng quan sát các hành tinh rất mờ. Ví dụ, ánh sáng ngoài phần rìa của starshade có thể được tập trung bằng các vi thấu kính thành một bó ánh sáng, sau đó có thể được chuyển đến các máy dò photon riêng biệt. Tác giả nghiên cứu lưu ý rằng, với thiết kế cẩn thận, kính thiên văn có thể đạt được độ tương phản quang học lên đến hơn 10 tỷ.
Việc hiện thực hóa một starshade giống như ý tưởng về Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) (Đài quan sát ngoại hành tinh trong vùng sống được) được sẽ còn một chặng đường dài. Có thể phải đến những năm 2040 thì một kính thiên văn như vậy mới được phóng lên không gian. Trước đó, còn rất nhiều thời gian để phát triển và cải thiện công nghệ quan sát thiên văn bằng quang tử học. Nhưng nghiên cứu mới này đã cho thấy công nghệ đó có thể sẽ trở thành cuộc cách mạng về cách mà chúng ta nhìn vào Vũ Trụ.
Đắc Cường
Theo Universetoday
