Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại

Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại

Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại đã dần được thu thập vào tuần này, khi NASA công bố những tấm ảnh đầu tiên chụp bằng kính viễn vọng James Webb (JWST) – đài thiên văn ngoài không gian lớn nhất trong lịch sử.

 

 

Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại - Ảnh 1.

Tinh vân vành khuyên phía Nam (Southern Ring Nebula) – Ảnh: NASA, ESA, CSA, và STScI

5 tấm ảnh được Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) công bố là tinh vân Carina, nhóm 5 thiên hà Stephan, tinh vân vành khuyên phía Nam, hình ảnh hồng ngoại của thiên hà SMACS 0723, và quang phổ của khí quyển hành tinh WASP-96b.

Các bức ảnh này là điểm khởi đầu để tìm hiểu vòng đời của những ngôi sao từ lúc sinh ra cho đến khi chết đi; quá trình hình thành, tiến hóa và cơ chế tương tác giữa các thiên hà, nghiên cứu về vũ trụ ở thời điểm sau Big Bang và đưa ra các tín hiệu đầy lạc quan về khả năng tìm được sự sống ở các hành tinh xa xôi.

 

Vòng đời của những ngôi sao

Tấm hình tinh vân Carina, cách Trái đất gần 8.000 năm ánh sáng, cho thấy những ngôi sao ở giai đoạn sơ sinh có khối lượng và nhiệt độ cực lớn nằm ở trung tâm. Bức xạ tia cực tím với cường độ rất lớn và những luồng khí từ thượng tầng khí quyển của những ngôi sao này hình thành một thung lũng rộng lớn chính giữa, bao phủ bởi những lớp bụi và khí như những dãy núi trùng điệp dốc đứng xung quanh.

Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại - Ảnh 2.

Cụm 5 thiên hà Stephan (Stephan’s Quintet) – Ảnh: NASA, ESA, CSA, và STScI

Những “vách núi của vũ trụ” này có độ cao lên đến 7 năm ánh sáng. Những quan sát này sẽ giúp các nhà khoa học tìm hiểu các ngôi sao được hình thành với cơ chế và điều kiện thế nào, và đặc biệt là số lượng cũng như những tác động của các ngôi sao mang khối lượng thấp xuyên khắp tinh vân.

Đối lập với sự hình thành của các ngôi sao ở tinh vân Carina, trong bức ảnh tinh vân vành khuyên phía Nam là hình ảnh một hệ sao đôi cách ta 2.500 năm ánh sáng, trong đó một ngôi sao ở giai đoạn cuối đời. Những vòng sáng xung quanh chính là bụi và khí phát ra từ ngôi sao đang “hấp hối” ở từng giai đoạn khác nhau.

Ông Klaus Pontoppidan, nhà khoa học thuộc dự án Webb, phát biểu: “Tôi thấy hình ảnh này rất thú vị, vì mỗi vòng sáng giống như một tầng địa chất, từ đó chúng ta có thể quan sát lịch sử diễn tiến của một ngôi sao trong những thời khắc cuối cùng”.

Nhờ độ phân giải cao từ bức ảnh, các nhà khoa học có thể tìm hiểu chi tiết về sự hình thành của các quầng sáng này cũng như thấy rõ ngôi sao thứ hai xoay quanh ngôi sao chính. Những ngôi sao này cùng nhau tạo thành một quầng sáng xung quanh tinh vân, như thể ánh sáng mặt trời chiếu qua một đám mây.

Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại - Ảnh 3.

Những “vách núi vũ trụ” trong tấm hình chụp tinh vân Carina (Carina Nebula) – Ảnh: NASA, ESA, CSA, và STScI

Tấm hình có tên Stephan’s Quintet là một nhóm 5 thiên hà, nằm trong chòm sao Pegasus, cách Trái đất gần 300 triệu năm ánh sáng. Với hệ thống phát hiện tia hồng ngoại siêu nhạy, độ phân giải cao, JWST chụp được bức ảnh Stephan’s Quintet với chi tiết sắc nét chưa từng có, với màu sắc rực rỡ từ những cụm hàng triệu ngôi sao trẻ và ánh sáng từ những ngôi sao mới được sinh ra.

Lực hấp dẫn tạo ra những vệt sáng từ sự chuyển động ra khỏi các thiên hà của lớp khí, bụi và những ngôi sao. Xuyên qua lớp bụi dày bao phủ xung quanh, bức ảnh chụp được rõ nét tâm của các thiên hà, thể hiện được vận tốc di chuyển và cấu tạo của khối khí gần siêu hố đen.

Từ đó, các nhà khoa học có thể nghiên cứu sự hình thành của các ngôi sao từ tương tác giữa các thiên hà, sự tiến hóa của các thiên hà theo thời gian cũng như sự phát triển của các siêu hố đen.

 

Dấu hiệu sự sống ngoài vũ trụ?

Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại - Ảnh 4.

Quang phổ của khí quyển ngoại hành tinh WASP-96b – Ảnh: NASA, ESA, CSA, và STScI

Dù không có những thiên hà và các vì tinh tú lung linh với màu sắc rực rỡ nhưng bức hình thứ 5 chụp quang phổ của lớp khí quyển thuộc hành tinh ngoài hệ mặt trời WASP-96b lại thu hút nhiều nhất sự quan tâm của các nhà khoa học.

Quang phổ này phân tích thành phần hóa học của các lớp khí trong bầu khí quyển và phát hiện dấu hiệu của nước – một điều kiện quan trọng của sự sống.

Song song với tìm kiếm các phân tử nước ở các ngoại hành tinh, các nhà khoa học cũng dò tìm các khí chiếm phần lớn thành phần bầu khí quyển Trái đất như nitrogen và carbon dioxide, và các khí là dấu hiệu cho các hoạt động sinh học như oxygen (quang hợp) và methane (từ động vật hoặc vi sinh vật).

Ngoài ra, màu xanh lá trong các ảnh chụp hồng ngoại của một số thiên hà cũng là dấu hiệu của khả năng tồn tại hydrocarbon – các hợp chất hữu cơ, thành phần cơ bản nhất của sự sống.

JWST có thể nói là một hệ thống kính viễn vọng với khả năng nhìn về cả quá khứ từ thuở hồng hoang của vũ trụ, lẫn nhìn đến tương lai của cả nhân loại.

JWST đang từng ngày biến ước mơ hàng ngàn năm của con người trở nên thực tế hơn bao giờ hết – những khao khát tìm hiểu chúng ta là ai, chúng ra đến từ đâu, chúng ta liệu có cô độc không trong vũ trụ vô tận này, những khao khát được du hành khám phá không gian, cũng như khao khát tìm thấy một hành tinh khác nơi con người có thể di cư đến.

Những mảnh ghép nhỏ của bức tranh vũ trụ vĩ đại - Ảnh 5.

Bức ảnh hồng ngoại thiên hà SMACS 0723 – Ảnh: NASA, ESA, CSA, và STScI

Vũ trụ thuở hồng hoang

Bức ảnh chi tiết và sắc nét nhất của SMACS 0723 ở thời điểm gần 5 tỉ năm trước, một trong những cụm thiên hà xa nhất từng được phát hiện, với hàng ngàn thiên hà.

Tổng khối lượng của cụm thiên hà này rất lớn có thể bẻ cong ánh sáng, biến bản thân nó trở thành chiếc thấu kính phóng đại nhằm quan sát các thiên hà ở xa hơn, hình thành ở thời điểm rất sớm của vũ trụ.

Ánh sáng từ những thiên hà hình thành trong vòng một tỉ năm sau vụ nổ Big Bang khi đến được chúng ta nằm ở trong vùng bước sóng hồng ngoại.

Do đó việc nghiên cứu về vũ trụ ở thời điểm mới bắt đầu – gồm cơ chế hình thành, khối lượng, sự phát triển và tương tác của các thiên hà – đòi hỏi JWST có hệ thống dò tìm và phát hiện tia hồng ngoại với cảm biến siêu nhạy và độ phân giải cực kỳ cao.

 

PHẠM LÊ HÀ THU (nghiên cứu sinh vật lý tại CERN, Thụy Sĩ)

Hits: 2