Bức ảnh đắt giá của 'mắt thần 10 tỷ đô': Thay đổi hoàn toàn cách khoa học nhìn bầu trời

Bạn đã bao giờ muốn nhìn thấy một thế giới ngoài hành tinh? Một hành tinh quay quanh một ngôi sao xa xôi, cách Mặt Trời nhiều năm ánh sáng? Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) vừa quay lại hình ảnh đầu tiên của nó về điều đó - một hành tinh quay quanh một ngôi sao xa xôi, Space.com thông tin.

Những hình ảnh mới tiết lộ của JWST sẽ là một công cụ tuyệt vời cho các nhà thiên văn học nhằm nâng cao kiến thức của họ về các hành tinh ngoại (hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời).

Quan sát thế giới ẩn, xa xôi

Trong ba thập kỷ qua, chúng ta đã sống qua một cuộc cách mạng vĩ đại - buổi bình minh của Kỷ nguyên ngoại hành tinh. Nơi mà chúng ta từng biết không có hành tinh nào khác quay quanh các ngôi sao xa xôi, và tự hỏi liệu Hệ Mặt Trời có phải là duy nhất hay không. Nhờ có sự tiến bộ của khoa học, kỹ thuật, giờ chúng ta biết các hành tinh ở khắp mọi nơi.

Nhưng phần lớn các ngoại hành tinh đó được phát hiện một cách gián tiếp. Chúng quay quanh các ngôi sao chủ của chúng gần đến nỗi, với công nghệ hiện tại, chúng ta không thể nhìn thấy chúng một cách trực tiếp. Thay vào đó, chúng ta quan sát các ngôi sao chủ của chúng làm điều gì đó bất ngờ và từ đó suy ra sự hiện diện của những ngoại hành tinh 'không thể nhìn thấy' của chúng.

Trong số tất cả những thế giới xa lạ đó, chỉ có một số ít được nhìn thấy trực tiếp. Đơn cử, có hệ sao HR 8799, với 4 hành tinh khổng lồ đã được chụp ảnh thường xuyên đến mức các nhà thiên văn học đã sản xuất một thước phim cho thấy chúng chuyển động theo quỹ đạo xung quanh ngôi sao chủ của chúng.

Chuỗi 4 hình ảnh do Kính viễn vọng Không gian James Webb chụp cho thấy thế giới ngoại hành tinh, HIP 65426b được kính thiên văn hồng ngoại chụp đầu tiên. Nguồn: NASA / ESA / CSA, A Carter (UCSC), nhóm ERS 1386 và A. Pagan (STScI))

Để thu thập những hình ảnh trực tiếp đầu tiên của JWST về một ngoại hành tinh, các nhà thiên văn học đã hướng kính thiên văn về phía ngôi sao HIP 65426. Sau đó, hành tinh đồng hành khổng lồ HIP 65426b của ngôi sao này được phát hiện bằng cách sử dụng hình ảnh trực tiếp vào năm 2017.

Ngoại hành tinh HIP 65426b khác thường theo một số cách - tất cả đều hoạt động để biến nó trở thành mục tiêu đặc biệt "dễ dàng" để chụp ảnh trực tiếp. Đầu tiên, nó cách ngôi sao chủ của nó một quãng đường dài, quay quanh quỹ đạo xa HIP 65426 khoảng 92 lần so với khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời. (Nghĩa là HIP 65426b cách ngôi sao của nó khoảng 14 tỷ km). Theo quan điểm của giới khoa học, điều này tạo ra một khoảng cách "hợp lý", giúp quan sát dễ dàng hơn.

Tiếp theo, HIP 65426b là một thế giới khổng lồ - được cho là có khối lượng gấp vài lần hành tinh lớn nhất của Thái Dương Hê - sao Mộc - do đó nó còn được gọi với cái tên Siêu sao Mộc. Ngoài ra, trước đây nó cũng được phát hiện là rất nóng, với nhiệt độ tại các đỉnh mây của nó ít nhất là 1.200 độ C.

Những hình ảnh được chụp như thế nào và chúng cho chúng ta thấy điều gì?

Trong các trường hợp bình thường, ánh sáng từ HIP 65426 sẽ hoàn toàn lấn át ánh sáng từ hành tinh HIP 65426b, bất chấp khoảng cách giữa chúng.

Để giải quyết vấn đề này, JWST mang theo một số "coronagraph", dụng cụ cho phép kính thiên văn chặn ánh sáng từ một ngôi sao sáng để tìm kiếm các vật thể mờ hơn bên cạnh nó. Điều này giống như việc bạn dùng tay chặn đèn pha ô tô để nhìn được các vật khác.

Sử dụng phương pháp coronagraph, JWST đã chụp một loạt ảnh của HIP 65426b, mỗi ảnh được chụp ở một bước sóng ánh sáng hồng ngoại khác nhau. Trong mỗi hình ảnh, hành tinh có thể được nhìn thấy rõ ràng - một điểm ảnh sáng duy nhất từ vị trí của vật chủ sao bị che khuất của nó.

Những hình ảnh đầu tiên của JWST về một thế giới ngoại hành tinh, HIP 65426b, được hiển thị ở dưới cùng của một hình ảnh rộng hơn cho thấy ngôi sao chủ của nó. Các hình ảnh được chụp ở các bước sóng khác nhau của ánh sáng hồng ngoại. Nguồn ảnh: NASA / ESA / CSA, A Carter (UCSC), nhóm ERS 1386 và A. Pagan (STScI).

NASA cho biết, màu tím cho thấy chế độ xem của thiết bị NIRCam ở 3,00 micron, màu xanh cho thấy chế độ xem của thiết bị NIRCam ở 4,44 micron, màu vàng cho thấy chế độ xem của thiết bị MIRI ở 11,4 micron và màu đỏ cho thấy chế độ xem của thiết bị MIRI ở 15,5 micron. Những hình ảnh này trông khác nhau do các cách mà các công cụ kính James Webb khác nhau thu nhận ánh sáng. 

Ngôi sao nhỏ màu trắng trong mỗi hình ảnh đánh dấu vị trí của ngôi sao chủ HIP 65426, ngôi sao này đã được giảm trừ ánh sáng bằng cách sử dụng coronagraph và xử lý hình ảnh. 

Các nhà nghiên cứu dẫn đầu các cuộc quan sát phát hiện ra rằng JWST đang hoạt động tốt hơn khoảng 10 lần so với dự kiến - một kết quả khiến các nhà thiên văn học trên toàn cầu vui mừng chờ xem điều gì xảy ra tiếp theo.

Sử dụng các quan sát của mình, họ xác định được khối lượng của HIP 65426b gần gấp 7 lần khối lượng của sao Mộc. Ngoài ra, dữ liệu cho thấy hành tinh này nóng hơn người ta tưởng (với đỉnh mây hơn 1.000 độ C) và có bán kính xấp xỉ 1,5 bán kính sao Mộc.

Những hình ảnh này vẽ nên bức tranh về một thế giới hoàn toàn xa lạ, khác với bất kỳ thứ gì trong Hệ Mặt Trời.

Dấu hiệu cho tương lai

Các quan sát về HIP 65426b chỉ là dấu hiệu đầu tiên cho thấy JWST có thể làm gì trong việc chụp ảnh các ngoại hành tinh xung quanh các ngôi sao khác.

Độ chính xác đáng kinh ngạc của dữ liệu hình ảnh cho thấy JWST sẽ có thể quan sát trực tiếp các hành tinh nhỏ hơn dự kiến trước đây. Thay vì bị giới hạn ở những hành tinh có khối lượng lớn hơn sao Mộc, nó có thể nhìn thấy những hành tinh tương đương, hoặc thậm chí nhỏ hơn sao Thổ.

Đây là một khám phá thực sự thú vị. Việc JWST có thể nhìn thấy các hành tinh nhỏ hơn và mờ hơn dự kiến sẽ làm tăng đáng kể số lượng mục tiêu về ngoại hành tinh có thể có cho các nhà thiên văn học.

Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) trị giá 10 tỷ USD. Ảnh: NASA

Ngoài ra, độ chính xác mà JWST thực hiện các phép đo này cho thấy chúng ta sẽ có thể tìm hiểu nhiều hơn về bầu khí quyển của chúng hơn mong đợi. Các quan sát lặp đi lặp lại bằng kính thiên văn thậm chí có thể tiết lộ chi tiết về cách các bầu khí quyển đó thay đổi theo thời gian.

Trong những năm tới, giới thiên văn học quốc tế mong đợi sẽ thấy thêm nhiều hình ảnh về thế giới ngoại hành tinh do JWST chụp. Mặc dù những bức ảnh đó có thể không giống trong khoa học viễn tưởng, nhưng chúng vẫn sẽ cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác.

Theo NASA, Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) - do 3 cơ quan NASA, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) và Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA) hợp tác xây dựng - đang ở cách Trái Đất chúng ta khoảng 1,5 triệu km - tại ví trí có tên là điểm Lagrange (L2) thứ hai. Môi trường và điều kiện vật lý hoàn hảo của L2 sẽ giúp JWST thể hiện được sức mạnh quan sát hồng ngoại của mình.

Theverge cho biết, kính viễn vọng không gian JWST được đầu tư với tổng kinh phí là 10 tỷ USD. Mức giá gần 10 tỷ USD cho JWST là chi phí cả đời của NASA, bao gồm phần lớn quá trình phát triển của nó kể từ đầu những năm 2000, cũng như 5 năm đầu hoạt động, theo Planetary Society.

 Bài viết sử dụng nguồn: Space.com, Theverge, Webbtelescope