Bằng kính hồng ngoại Euclid, khoa học sẽ lý giải hai bí ẩn mang tên vật chất tối và năng lượng tối

Một thiết bị thăm dò không gian mới vừa lên không, đem theo tiềm năng giải đáp những bí ẩn lớn nhất ngành thiên văn học.

Nếu mọi thứ suôn sẻ, trong 6 năm tới Kính viễn vọng Euclid sẽ quét qua hàng tỷ thiên hà, tỉ mỉ nghiền ngẫm xem 10 tỷ năm vũ trụ vừa qua hàm chứa ẩn số gì. Lượng dữ liệu thu được sẽ hậu thuẫn quá trình hóa giải hai bí ẩn lớn, là vật chất tối và năng lượng tối.

“Euclid không đơn thuần là một chiếc kính viễn vọng. Nó là máy phát hiện năng lượng tối”, René Laureijs, một nhà khoa học công tác trong dự án lớn, phát biểu trong buổi trò chuyện với báo giới.

Sau hơn một thập kỷ nỗ lực, Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA) đã chế tạo thành công Euclid và đưa nó lên không vào hôm 1/7 vừa qua. Trên lưng tên lửa Falcon 9 của SpaceX, Euclid bay vào không gian lạnh lẽo và từ từ tới điểm hẹn với định mệnh.

Euclid sẽ rà soát một khoảng không gian lớn, giúp các nhà khoa học tính toán chính xác hơn tốc độ giãn nở tịnh tiến của vũ trụ. Trên lý thuyết, giới khoa học cho rằng sự giãn nở của vũ trụ tới từ tác động của năng lượng tối.

Còn trên thực tế, các nhà vật lý thiên văn mới chỉ hiểu được 5% vũ trụ - là những hạt tạo nên vật chất thường thấy, từ sao cho tới hành tinh, từ động vật bậc thấp cho tới linh trưởng bậc cao. Dựa trên một nghiên cứu thực hiện bằng vệ tinh Planck của ESA, khoảng 25% vũ trụ là vật chất tối - một hệ thống “giàn giáo” quyết định địa điểm và cách thức thiên hà hình thành.

Toàn bộ phần còn lại là năng lượng tối - một lực hiện mới chỉ đang tồn tại trên giả thuyết - đang khiến vũ trụ giãn nở về mọi hướng. Nhiều tỷ năm về trước, năng lượng tối là thành phần chính của vũ trụ, khiến vũ trụ không chỉ nở ra và tốc độ giãn nở còn tăng dần.

Một trong những đại lượng được ông Laureijs và các cộng sự chú ý là “w”, hay tỷ lệ giữa áp suất của năng lượng tối lên độ đặc của vũ trụ. Einstein từng nêu giả thuyết về một “hằng số vũ trụ”, hay nói cách khác là ý niệm cho rằng đa phần vũ trụ là khoảng không rỗng, chứa những phần năng lượng của riêng mình và được trói buộc với lực hấp dẫn.

Nếu thuyết này đúng, thì áp suất của năng lượng tối sẽ bằng với phần âm của độ đặc năng lượng. Nói một cách đơn giản hơn, nếu năng lượng tối chính là hằng số vũ trụ bí ẩn, thì w = -1.

Cho tới giờ, những nhận định trên vẫn là mục tiêu nghiên cứu của các dự án tương tự kính viễn vọng Euclid, có điều những đo đạc trước đây đều chứa quá nhiều ẩn số. Với dữ liệu mới từ Euclid, các nhà thiên văn học sẽ có thể khẳng định liệu hằng số vũ trụ có phải lời lý giải tại sao vũ trụ lại đang giãn nở với tốc độ tăng dần. Đại lượng w sẽ được tính một cách chính xác hơn, và xem liệu nó có bằng -1. Đồng thời, Euclid sẽ giúp các nhà nghiên cứu theo dõi độ biến thiên của đại lượng w trong lịch sử vũ trụ.

“Chúng tôi đang suy luận một trong những câu hỏi cơ bản nhất của ngành thiên văn học”, Carole Mundell, giám đốc khoa học của ESA cho hay. “Sứ mệnh này sẽ mang tới độ chính xác kinh ngạc, và giúp chúng tôi vẽ lại cấu trúc không gian và lịch sử giãn nở của vũ trụ”.

Sau khi chạm tới không gian ngoài hành tinh, Euclid sẽ du hành đến điểm Lagrange 2 (L2) cách Trái Đất khoảng 1,5 triệu kilomet. Tại đây, kính sẽ có một cái nhìn rõ ràng về vũ trụ xa xôi, nhưng vẫn liên lạc dễ dàng được với quê nhà và tận hưởng năng lượng Mặt Trời dồi dào. Trên kính có hai hệ thống được sử dụng song song, là: camera chụp bước sóng mắt thường nhìn thấy được mang 36 cảm biến đo đạc dáng hình của hàng tỷ thiên hà, bên cạnh đó là bộ đôi quang kế - quang phổ kế cận hồng ngoại chứa 16 cảm biến để chụp khoảng không. Sau khi tới L2 và rồi được tinh chỉnh trong vài tháng, Euclid sẽ đi vào hoạt động nội trong quý 4 năm nay.

Điểm Lagrange 2 có thể khiến người yêu thiên văn học cảm thấy quen thuộc. Thật vậy, Euclid sẽ đậu gần Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) của NASA, nhưng hai thiết bị có chức năng rất khác nhau. Thay vì tập trung vào một thiên thể như JWST, Euclid sẽ quan sát một khoảng không rộng lớn. “Đây là một sứ mệnh thống kê. Mục tiêu là thu dữ liệu thiên hà về ngập cả nhà, và rồi nhặt ra những tín hiệu nhỏ”, Mark McCaughrean, cố vấn cấp cao về khoa học cho ESA, nhận định.

Nhóm các nhà thiên văn học công tác trong dự án Euclid dự định tiến hành hai công tác đo đạc quan trọng, cả hai đều liên quan mật thiết đến thống kê. Đầu tiên sẽ là đo đạc hiệu ứng thấu kính hấp dẫn yếu, xảy ra khi lực hấp dẫn của những vật thể khổng lồ - hầu hết là vật chất tối - bẻ cong ánh sáng chiếu tới chúng. Số ánh sáng thu được có thể bao gồm rất nhiều thiên hà - vốn nằm khuất sau những thiên thể khổng lồ này.

Bên cạnh đó là nghiên cứu dao động sóng âm của baryon. Trong vũ trụ sơ khai, sóng âm thanh nhấp nhô xuyên qua lớp vật chất thường - là tổ hợp của hạt và bức xạ. Điều này tạo ra một mẫu hình đo đạc được của mức độ đậm đặc của thiên hà khi chúng hình thành. Nghiên cứu những mẫu hình sinh ra từ dao động baryon, các nhà khoa học hiểu thêm về sự giãn nở của vũ trụ và bản chất của năng lượng tối.

Để dẫn đường cho một dự án thống kê lớn tới vậy, các thiết bị trên kính Euclid sẽ thu thập vô số dữ liệu từ một khoảng trời lớn với góc khối lên tới 15.000 độ. Theo lời nhà vũ trụ học Luca Valenziano, công tác tại Viện Vật lý Thiên văn Ý và thành viên của nhóm Euclid, thì kính Hubble sẽ phải mất hàng thế kỷ để thu được số dữ liệu như trên. “Đây là tiềm năng cực lớn, chỉ Euclid có thể làm được khi nó khảo sát vùng trời hồng ngoại, vốn không thể quan sát từ mặt đất”, ông Valenziano cho hay.

Chính nhờ công nghệ hồng ngoại mà kính Euclid khác với các hệ thống mặt đất khác. Các thiết bị có trên Trái Đất không thể quan sát hầu hết các bước sóng hồng ngoại vì ảnh hưởng từ khí quyển, nhưng khi nằm trong không gian, các kính như JWST và Euclid có thể làm được điều bất khả thi. Thiết bị hồng ngoại trên Euclid có thể giúp kính nhìn thấy đám mây bụi và thậm chí, nhìn về quá khứ của vũ trụ.

Những năm gần đây, các nhà thiên văn học ráo riết đi tìm lý do tại sao vũ trụ giãn nở: khác biệt giữa các đo đạc quá lớn để dữ liệu có nghĩa. Euclid có thể giúp giới khoa học giải quyết vấn đề hóc búa, khi bản thân là hệ thống mạnh mẽ có thể quan sát một mảng vũ trụ khổng lồ.

Với những bước tiến ngày một nhanh của công nghệ, con người sẽ từng bước hóa giải được những bài toán khó giải nhất lịch sử khoa học.

Theo Wired