Kính viễn vọng Không gian James Webb đã thay đổi cách chúng ta nhìn về không gian

(SeaPRwire) –   Những dịp kỷ niệm lần thứ tư không thường là lý do để ăn mừng. Nhưng trong trường hợp Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST), được phóng vào ngày 25 tháng 12 năm 2021, dịp kỷ niệm này đánh dấu một sự chuyển đổi quan trọng.

Cho đến nay, JWST vẫn đang trong chế độ khám phá. Được thai nghén trong một thế hệ với chi phí , đây là kính viễn vọng mạnh nhất trong lịch sử, có khả năng quan sát ở những khoảng cách và mức độ chi tiết chưa từng có.

Nhưng giống như bất kỳ thiết bị khoa học mới lớn nào, các nhà thiên văn học cần phải thấy JWST hoạt động trước khi họ có thể trả lời câu hỏi cơ bản sẽ định hướng nghiên cứu trong nhiều thập kỷ tới: Chúng ta có thể nhìn thấy bao nhiêu phần của vũ trụ?

JWST xây dựng dựa trên những tiến bộ mà Kính viễn vọng Không gian Hubble đã đạt được kể từ khi ra mắt vào năm 1990. Hubble chủ yếu quan sát không gian qua vùng ánh sáng nhìn thấy của quang phổ—phần mà mắt chúng ta đã tiến hóa để nhìn thấy. Tuy nhiên, JWST chủ yếu nhìn bằng tia hồng ngoại, cho phép nó xuyên qua bụi vũ trụ, quan sát các vật thể lạnh hơn và nhìn sâu vào vũ trụ sơ khai.

Vì tốc độ ánh sáng là hữu hạn, việc quan sát các vật thể ở khoảng cách ngày càng xa có nghĩa là nhìn càng ngày càng xa vào quá khứ. Và vì sự giãn nở của vũ trụ—sự giãn nở của chính không gian—đã kéo dài ánh sáng nhìn thấy từ các vật thể xa nhất vào dải hồng ngoại, JWST có thể tìm kiếm các nguồn sáng đầu tiên, khoảng 100 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn.

Bốn biên giới

Edwin Hubble, nhà thiên văn học người Mỹ và là người đặt tên cho Kính viễn vọng Không gian Hubble, đã nói vào năm 1936 rằng “Lịch sử thiên văn học là lịch sử của những chân trời lùi dần.” NASA, với sự hỗ trợ từ Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (European Space Agency) và Cơ quan Vũ trụ Canada (Canadian Space Agency), đã xác định bốn chân trời như vậy, những biên giới mà họ đã thiết kế JWST để vượt qua.

Đầu tiên là biên giới mà Galileo đã vượt qua vào đầu thế kỷ 17, khi ông hướng một ống kính lúp thô sơ (mà chúng ta gọi là kính viễn vọng) về phía bầu trời đêm và bắc cầu khoảng cách cổ xưa, trước đây không thể vượt qua giữa trái đất và bầu trời. Bằng cách khám phá ra bằng chứng rằng Trái đất quay quanh Mặt trời, chứ không phải ngược lại, Galileo đã ngầm tái định hình Trái đất chỉ là một thành viên khác trong một hệ thống các hành tinh.

Giờ đây, nhờ JWST, lịch sử sâu xa của hệ mặt trời đang dần hiện rõ. Bằng cách nghiên cứu hóa học bề mặt của hàng chục vật thể băng giá nằm xa hơn Sao Hải Vương, hành tinh xa nhất, các nhà nghiên cứu JWST có thể truy tìm sự xuất hiện và tiến hóa của toàn bộ hệ mặt trời. Trong khi đó, việc phát hiện nước trong các tiểu hành tinh—một vành đai “mảnh vụn” nằm giữa quỹ đạo của Sao Mộc và Sao Hỏa—đặt ra khả năng rằng sao chổi không phải là vật thể duy nhất gieo rắc các thành phần cho sự sống vào bầu khí quyển nguyên thủy của Trái đất.

Nhưng Mặt trời của chúng ta chỉ là một ngôi sao. Ngoài chân trời của hệ mặt trời là hàng trăm tỷ ngôi sao khác trong thiên hà Dải Ngân hà của chúng ta, nhiều ngôi sao trong số đó có các hệ hành tinh. Các nhà thiên văn học đang sử dụng JWST để lấy mẫu các hệ thống ở các giai đoạn phát triển khác nhau—từ các “sao tiền thân” nguyên thủy đang tích tụ khí và bụi cuối cùng sẽ kết tụ thành một đĩa các vật thể quay quanh, cho đến các hệ hành tinh hoàn toàn trưởng thành như của chúng ta. Hoặc *khác* với của chúng ta.

JWST đã phát hiện, trong hết hệ hành tinh này đến hệ hành tinh khác, một loại hành tinh xa lạ với hệ của chúng ta. Hệ của chúng ta trong lịch sử được chia thành hai loại: hành tinh khí khổng lồ (Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương) và những tảng đá nhỏ bé (Sao Thủy, Sao Kim, Trái đất, Sao Hỏa). Nhưng nhờ JWST, chúng ta giờ đây biết rằng các hệ hành tinh khác bao gồm các biến thể mà các nhà thiên văn học gọi là sao Hải Vương mini (khí bao quanh lõi đá) hoặc siêu Trái đất (có lẽ là một sao Hải Vương mini trước đây đã mất đi bầu khí quyển của nó).

Nhưng Dải Ngân hà của chúng ta chỉ là một thiên hà. Ngoài chân trời đó—như chính nhà thiên văn Hubble đã phát hiện vào những năm 1920—còn có các thiên hà khác. Giống như các hệ hành tinh trong Dải Ngân hà, các nhà thiên văn học cũng đang sử dụng JWST để lấy mẫu các thiên hà trên khắp vũ trụ đang ở các giai đoạn phát triển khác nhau, từ các đám mây khí, đến các vụ va chạm của các đám mây khí, đến sự ra đời của các ngôi sao, đến sự chết của các ngôi sao. Một số cái chết đó—các vụ nổ sao, hay siêu tân tinh—có thể giúp giải thích một vấn đề đã làm các nhà thiên văn bối rối trong nửa thế kỷ: Vũ trụ dường như chứa nhiều bụi hơn các nhà thiên văn có thể giải thích, nhưng bụi đó phải đến từ đâu đó. Liệu nguồn đó có thể là siêu tân tinh không? Các nghiên cứu sơ bộ đã rất hứa hẹn.

Bản thân các vụ siêu tân tinh cung cấp một manh mối khác cho sự tiến hóa của vũ trụ. Các nhà khoa học đã biết từ những năm 1950 rằng các thế hệ siêu tân tinh kế tiếp nhau, do các lực hạt nhân xé toạc và sắp xếp lại các khối xây dựng cơ bản của vật chất, tạo ra các nguyên tố ngày càng nặng hơn. Ngay từ khi thành lập, mục tiêu cuối cùng của JWST là tìm kiếm các thiên hà đầu tiên, “nguyên sơ”, không chứa bất kỳ nguyên tố nào ngoại trừ hydro và heli. Để làm được điều đó, JWST sẽ phải vượt qua chân trời mà Kính viễn vọng Không gian Hubble nhìn thấy được bản thân nó không thể vượt qua: một giới hạn khoảng một tỷ năm sau Vụ Nổ Lớn.

Cho đến nay, JWST đã có thể quan sát các thiên hà, siêu tân tinh và lỗ đen xa tới 300 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn. Mặc dù đó có vẻ là một khoảng thời gian dài, nhưng nó chỉ là một cái chớp mắt trong một vũ trụ 13,7 tỷ năm tuổi.

Và các nhà nghiên cứu JWST mới chỉ bắt đầu. Họ kỳ vọng dự án JWST sẽ kéo dài đến những năm 2040. Đó là rất nhiều dịp kỷ niệm nữa. Chúng ta nên hy vọng tất cả chúng sẽ xứng đáng được ăn mừng như dịp này.