Đo khoảng cách trong vũ trụ khó khăn hơn nhiều so với đo khoảng cách trên Trái Đất. Liệu một ngôi sao sáng hơn có gần Trái Đất hơn một ngôi sao khác, hay nó chỉ đơn giản phát ra nhiều ánh sáng hơn? Để có thể đo khoảng cách một cách chính xác, các nhà khoa học dựa vào những thiên thể phát ra một lượng ánh sáng xác định, chẳng hạn như supernova loại Ia.
Những vụ nổ ngoạn mục này, thuộc vào nhóm những hiện tượng sáng nhất từng được ghi nhận trên bầu trời đêm, là kết quả của cái chết dữ dội của các sao lùn trắng (*), đồng thời cung cấp cho các nhà khoa học một thước đo đáng tin cậy. Độ sáng và màu sắc của chúng, kết hợp với thông tin về thiên hà chủ, giúp các nhà khoa học tính toán khoảng cách cũng như mức độ vũ trụ đã giãn nở trong thời gian ánh sáng của chúng di chuyển đến chúng ta. Với đủ dữ liệu quan sát về supernova loại Ia, các nhà khoa học có thể đo tốc độ giãn nở của vũ trụ và xem nó có thay đổi theo thời gian hay không.
Mặc dù đến nay chúng ta đã quan sát được hàng nghìn supernova loại Ia, nhưng việc chỉ nhìn thấy chúng một hoặc hai lần là chưa đủ. Đài quan sát Vera C. Rubin sẽ sớm bắt đầu quét bầu trời Nam bán cầu mỗi đêm trong suốt mười năm (khoảng vài đêm là một lần quét được hết vùng trời này). Mỗi khi Rubin phát hiện một thiên thể thay đổi độ sáng hoặc vị trí, nó sẽ gửi một cảnh báo đến cộng đồng khoa học. Nhờ khả năng phát hiện nhanh chóng này, Rubin sẽ trở thành công cụ mạnh mẽ nhất từ trước đến nay trong việc quan sát supernova loại Ia trước khi chúng mờ dần.
Đài quan sát Rubin là một chương trình hợp tác giữa NOIRLab của Quỹ khoa học Quốc gia (NSF) và Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), và sẽ được hai cơ quan này vận hành chung.
Các nhà khoa học như Anais Möller, thành viên của nhóm nghiên cứu Năng lượng Tối Rubin/LSST, đang mong chờ cuộc khảo sát kéo dài một thập kỷ của Rubin mang tên "Khảo sát di sản về không gian và thời gian" (LSST), trong đó dự kiến sẽ phát hiện ra hàng triệu supernova loại Ia.
"Lượng dữ liệu khổng lồ từ Rubin sẽ cung cấp cho chúng tôi một tập hợp đa dạng các supernova loại Ia ở nhiều khoảng cách khác nhau và trong nhiều loại thiên hà khác nhau," Möller cho biết.
Thực tế, Rubin sẽ khám phá được nhiều supernova loại Ia chỉ trong vài tháng đầu tiên của LSST hơn số lượng đã được sử dụng trong khám phá ban đầu về năng lượng tối - một thành phần bí ẩn khiến vũ trụ giãn nở nhanh hơn so với dự đoán dựa trên lý thuyết hấp dẫn. Các phép đo hiện tại cho thấy năng lượng tối có thể thay đổi theo thời gian. Nếu điều này được xác nhận, nó có thể giúp tinh chỉnh sự hiểu biết của chúng ta về tuổi và sự tiến hóa của vũ trụ. Điều đó sẽ ảnh hưởng đến cách chúng ta hiểu về sự hình thành vũ trụ, bao gồm cả tốc độ hình thành của các ngôi sao và thiên hà trong vũ trụ sơ khai.
Với một tập hợp lớn hơn nhiều supernova loại Ia từ khắp vũ trụ, các nhà khoa học có thể tinh chỉnh bản đồ không-thời gian hiện có, từ đó có được bức tranh đầy đủ hơn về ảnh hưởng của năng lượng tối.
"Sự giãn nở của vũ trụ giống như một sợi dây cao su đang bị kéo căng. Nếu năng lượng tối không phải là hằng số, điều đó sẽ giống như kéo căng sợi dây cao su với mức độ khác nhau tại từng thời điểm," Möller giải thích. "Tôi nghĩ rằng trong thập kỷ tới, chúng ta sẽ có thể xác định liệu năng lượng tối có thực sự là hằng số hay đang thay đổi theo thời gian vũ trụ. Rubin sẽ giúp chúng ta làm điều đó thông qua các supernova loại Ia."
Quản lý dữ liệu khổng lồ từ Rubin
Mỗi đêm, Đài quan sát Rubin sẽ tạo ra khoảng 20 terabyte dữ liệu và phát ra đến 10 triệu cảnh báo - chưa từng có kính thiên văn nào trong lịch sử tạo ra một lượng dữ liệu khổng lồ như vậy. Điều này đã buộc các nhà khoa học phải suy nghĩ lại về cách quản lý cảnh báo nhanh và phát triển các phương pháp cũng như hệ thống để xử lý lượng dữ liệu khổng lồ này.
Lượng cảnh báo khổng lồ từ Rubin mỗi đêm sẽ được quản lý và cung cấp cho các nhà khoa học thông qua bảy hệ thống phần mềm cộng đồng. Những hệ thống này sẽ thu thập và xử lý cảnh báo trước khi cung cấp chúng cho các nhà khoa học trên toàn thế giới. Möller, cùng với một nhóm lớn các nhà khoa học có chuyên môn khác nhau, đang phát triển một trong những hệ thống này, có tên là Fink.
Các hệ thống phần mềm này sẽ thu thập cảnh báo từ Rubin mỗi đêm, kết hợp dữ liệu của Rubin với các bộ dữ liệu khác và sử dụng trí tuệ nhân tạo để phân loại chúng theo từng loại, chẳng hạn như kilonova, sao biến quang hay supernova loại Ia, v.v. Các nhà khoa học sử dụng một trong những hệ thống cộng đồng của Rubin, như Fink, sẽ có thể lọc tập dữ liệu khổng lồ này theo các tiêu chí nhất định, giúp họ nhanh chóng tập trung vào những dữ liệu hữu ích cho nghiên cứu của mình.
"Với lượng dữ liệu khổng lồ như vậy, chúng ta không thể làm khoa học theo cách cũ được nữa," Möller nói. "Rubin đánh dấu một sự chuyển đổi mang tính thế hệ. Và trách nhiệm của chúng ta là phát triển những phương pháp sẽ được thế hệ tiếp theo sử dụng."
Bryan
Theo Phys.org
(*) Chính xác thì supernova loại Ia là hiện tượng xảy ra ở sao lùn trắng khi nó được bồi tụ thêm vật chất (thường là từ một sao đồng hành) tới khi đạt giới hạn để tạo ra vụ nổ. Xem chi tiết trong bài "Nova và Supernova".