Einstein không hề nói dối chúng ta: Vũ trụ sở hữu một siêu kính viễn vọng miễn phí, giúp nhìn thấy thiên hà từ 13 tỷ năm trước

Công cụ ấy không được chế tạo bằng kim loại hay gương kính, mà hình thành từ chính những cấu trúc khổng lồ của vũ trụ. Các nhà khoa học gọi nó bằng một cái tên nghe đầy bí ẩn: thấu kính hấp dẫn.

Điều thú vị hơn cả là hiện tượng này đã được Einstein dự đoán từ hơn một thế kỷ trước, khi ông đang miệt mài với những dòng tính toán của thuyết tương đối rộng.

Khi đọc những báo cáo gần đây, đặc biệt là nghiên cứu về thiên hà JD1 đăng trên tạp chí Nature, không ít nhà thiên văn học đã ví thấu kính hấp dẫn như một siêu kính viễn vọng miễn phí mà vũ trụ tự thiết kế.

Sự so sánh đó không hề cường điệu, bởi lẽ chính nhờ hiệu ứng bẻ cong ánh sáng của trọng lực, các cụm thiên hà đồ sộ có thể khuếch đại hình ảnh của những thiên thể nằm xa đến mức tưởng như không thể quan sát. Hình ảnh từ nơi xa xôi ấy được kéo căng, phóng đại và dẫn thẳng về phía ống kính của những thiết bị đang hoạt động quanh Trái Đất.

Hiện tượng này hoạt động không khác gì chiếc kính lúp mà ai cũng từng cầm trên tay hồi nhỏ, chỉ thay vì tập trung ánh sáng mặt trời, nó tập trung cả không gian và thời gian.

Điển hình cho sức mạnh của thấu kính hấp dẫn chính là trường hợp thiên hà JD1. Dấu vết mờ nhạt của thiên thể này từng được ghi nhận lần đầu vào năm 2012, nhưng ánh sáng quá yếu khiến các nhà khoa học không thể xác định được bản chất thực sự của nó.

Mọi thứ thay đổi khi Kính viễn vọng Webb hướng ống kính về phía vùng không gian đó. Một cụm thiên hà khổng lồ nằm giữa Webb và JD1 đã tạo ra hiệu ứng thấu kính, phóng đại ánh sáng từ JD1 lên 13 lần, khiến hình ảnh của nó trở nên sắc nét và rõ ràng hơn rất nhiều.

Nói một cách hình tượng, nếu không có thấu kính hấp dẫn, việc nhìn thấy JD1 chẳng khác nào cố quan sát bước chân của con kiến dưới bóng râm. Nhưng khi có một chiếc kính lúp thích hợp, từng chi tiết nhỏ bé đều hiện ra một cách rõ ràng.

Quan sát này trở nên đặc biệt ấn tượng khi các nhà nghiên cứu xác định được tuổi của ánh sáng phát ra từ JD1. Theo tính toán, những tia sáng ấy rời khỏi thiên hà này khi vũ trụ chỉ mới 480 triệu năm tuổi, tức là chỉ là một đứa trẻ sơ sinh so với tuổi đời 13,8 tỷ năm của vũ trụ ngày nay.

Điều đó đồng nghĩa rằng khi chúng ta nhìn vào JD1, chúng ta đang nhìn vào lịch sử của vũ trụ ở thời kỳ hết sức sơ khai, thời điểm mà những thiên hà đầu tiên mới bắt đầu hình thành những ngôi sao trẻ nhất. Những đường quang phổ thu được từ JD1 đóng vai trò như tấm căn cước, cho biết số lượng các nguyên tố nặng, tốc độ chuyển động và cấu trúc của nó.

Đây chính là những bằng chứng giúp các nhà thiên văn khẳng định chắc chắn rằng JD1 là một trong những thiên hà cổ nhất từng được nhân loại quan sát.

Không chỉ cổ xưa, thiên hà JD1 còn mang trên mình vẻ ngoài bình dị đến bất ngờ. Khối lượng và kích thước đều nhỏ hơn rất nhiều so với Dải Ngân Hà, hình dạng lại khá hỗn loạn và mất trật tự. Tuy nhiên chính sự mờ nhạt ấy mới khiến giới khoa học phấn khích.

Trong nhiều năm, những thiên hà xa xôi mà chúng ta quan sát được thường là những thiên hà sáng nhất, to lớn nhất, có cấu trúc ổn định hơn. Đó chỉ là những ngoại lệ. Sự thật là phần lớn thiên hà sơ khai trong vũ trụ đều nhỏ bé và mờ nhạt như JD1.

Chính ánh sáng khiêm tốn nhưng ổn định từ những thiên hà như vậy đã góp phần xé toạc lớp sương mù hydro trung tính bao phủ vũ trụ thời kỳ đầu, mở ra giai đoạn được gọi là tái ion hóa, nơi ánh sáng có thể lan tỏa và định hình nên vũ trụ rộng mở như ngày nay.

Một đặc điểm nổi bật khác của JD1 là nó được bao trùm bởi các nguyên tử hydro trung hòa. Ở giai đoạn đầu vũ trụ, tầng hydro này giống như lớp hơi nước dày che kín một chiếc bánh bao nóng, khiến bao thế hệ kính thiên văn trước đây gần như không thể xuyên qua để quan sát cấu trúc bên trong.

Thế nhưng, sức mạnh kết hợp của Webb và thấu kính hấp dẫn đã giúp xuyên thủng lớp sương mù đó, mang đến cái nhìn chi tiết chưa từng có về một thiên hà nhỏ bé từ 13 tỷ năm trước. Đây là bước tiến quan trọng, mở ra cơ hội tìm kiếm những thiên hà thậm chí còn cổ xưa hơn, có thể là nơi khai sinh ra những ngôi sao đầu tiên trong lịch sử vũ trụ.

Câu chuyện khoa học mang tính đột phá này khiến nhiều người tò mò về cảm xúc của Einstein, nếu như ông có thể chứng kiến những điều đang xảy ra ngày nay. Khi dự đoán ánh sáng sẽ bị bẻ cong bởi trọng lực trong thuyết tương đối rộng, ông từng cho rằng hiện tượng này quá nhỏ và khó xảy ra, khó có thể quan sát bằng dụng cụ thời đó.

Nhưng chỉ một thế kỷ sau, nó không chỉ được ghi nhận, mà còn trở thành công cụ quan trọng để nhìn về thời kỳ mà vũ trụ chỉ mới nằm trong nôi. Người đời vẫn thường nói những điều tưởng như xa vời cuối cùng cũng có thể trở thành hiện thực, và hiệu ứng thấu kính hấp dẫn của Einstein chính là minh chứng rõ ràng nhất.

Trong các phòng thí nghiệm, các nhà khoa học không chỉ quan sát mà còn cảm nhận được ý nghĩa sâu sắc của những phát hiện này. Một nhà nghiên cứu đã kể rằng ông dành suốt ba tháng liên tục xử lý dữ liệu quang phổ của JD1.

Khi con số 480 triệu năm hiện ra trên màn hình, bàn tay ông run lên vì xúc động. Với ông, đó giống như khoảnh khắc chạm vào lịch sử của vũ trụ, như thể đang bắt tay với một phần ký ức đã tồn tại từ 13 tỷ năm trước. Cảm xúc ấy là điều mà bất kỳ ai theo đuổi thiên văn học đều mong muốn trải nghiệm một lần trong đời.

Hiện tại, các kính viễn vọng hàng đầu như Webb vẫn đang khai thác tối đa sức mạnh của thấu kính hấp dẫn để truy tìm thêm những thiên hà cổ. Mỗi lần phát hiện mới đều là một bước tiến giúp chúng ta ghép thêm một mảnh vào bức tranh khổng lồ về nguồn gốc của vũ trụ.

Có lẽ, trong tương lai không xa, những thiên hà đầu tiên từng hình thành sau Vụ Nổ Lớn sẽ được quan sát trực tiếp. Chỉ riêng ý nghĩ ấy cũng đủ khiến bất kỳ ai yêu vũ trụ phải rùng mình vì phấn khích.