Siêu tân tinh từ sao khổng lồ : thứ xa nhất và quan trọng nhất
Các nhà thiên văn học đã đưa ra một vài phát hiện ngạc nhiên dựa trên những quan sát nhỏ. Bạn có từng nghe những tiếng rít phát ra từ những kênh AM trên chiếc radio của bạn ? Thật ra nó là bức xạ nền của vũ trụ được phát đi khắp nơi trong vũ trụ này. Mỗi điểm dịch chuyển đỏ trong ánh sáng từ những ngôi sao cho ta thấy rằng, hóa ra vụ trụ đang mở rộng.
Bây giờ các nhà điều tra đã sẵn sàng để biến một phát hiện nhỏ vào nền khoa học lớn một lần nữa. Các nhà nghiên cứu tại viện Kavli của khoa Vật lý và Toán học của trường đại học ở Nhật Bản đã phát hiện ra một ngôi sao đang bùng nổ và đó là siêu tân tinh loại Ia ở rìa của vũ trụ, siêu tân tinh loại Ia thì không phổ biến - những ngôi sao như Mặt Trời của chúng ta không bùng nổ theo kiểu đó. Tuy nhiên, loại siêu tân tinh đặc biệt này có thể giúp chúng ta giải quyết những bí ẩn của vật chất tối và năng lượng tối và tất cả nhờ vào một ảnh ảo quang học duy nhất mà có dấu vân tay của Albert Einstein trên đó.
Một dự đoán kỳ lạ từ thuyết tương đối tổng quát của vật lý hiện đại là những thiên thể lớn như các ngôi sao và thiên hà làm bẻ cong không gian xung quanh nó, uốn các tia sáng thành những đường cong. Chúng hoạt động như một “thấu kính hấp dẫn”, bóp méo hoặc phóng đại các hình ảnh của những thiên thể xa hơn làm nền cho những thiên thể ở phía trước. Trong trường hợp này, các thiên thể nền ở xa là những siêu tân tinh loại Ia - hay còn gọi là PS1-10afx, còn thiên thể ở gần hơn là những nhóm thiên hà lớn.
Những siêu tân tinh kiểu PS1-10afx là những công cụ có giá trị, không chỉ vì chúng sáng mà còn là một nguồn năng lượng cố định. Sự cố định này gọi là “ngọn nến chuẩn”, phương pháp này giúp các nhà thiên văn học xác định dễ dàng khoảng cách đến chúng, từ đó có thể tính toán về độ sáng khi nhìn ở bất cứ khoảng cách nào từ Trái Đất. Và một điều đáng nói hơn, phương pháp này có thể cho phép họ tính toán nhanh vũ trụ đang giãn nở như thế nào bằng cách quan sát tốc độ giảm dần của độ sáng.
Trở lại năm 1998, hai đội ngũ các nhà thiên văn học đã phát hiện ra siêu tân tinh loại Ia, họ ngạc nhiên khi siêu tân tinh ở xa này không di chuyển với tốc độ như họ mong đợi - nói dễ hiểu là siêu tân tinh này di chuyển quá nhanh. Bằng cách nào đó vũ trụ đang mở rộng nhanh và ngày càng nhanh hơn.
Giải thưởng Nobel đã giải thích: có một lực bí ẩn đã chống lại lực hấp dẫn, đã đẩy nhanh quá trình mở rộng của vũ trụ. Thế lực này gọi là năng lượng tối, Einstein cũng đã xác nhận điều này khi đặt dấu vân tay của mình lên: ông dự đoán vào năm 1916, sau đó rút lại vào những năm 1920 vì những quan sát thường ngày của ông dường như đã loại trừ những điều ông đã nói.
Để hiểu được thật sự năng lượng tối là gì - các nhà thiên văn học vẫn chưa khẳng định chính xác điều gì - vấn đề quan trọng là phải tìm hiểu thêm và quan sát xa hơn về những siêu tân tinh loại Ia này. Đó là lý do tại sao những phát hiện mới là rất quan trọng. Vụ nổ siêu tân tinh này đã xảy ra 9 tỉ năm trước khi vũ trụ chỉ mới khoảng 5 tỉ tuổi, và ánh sáng của nó truyền đến chúng ta từ lúc đó đến nay. Nếu như các nhà khoa học tìm thấy nhiều hơn từ khoảng thời gian đó, họ có thể sẽ kết luận về tốc độ vũ trụ giãn nở lúc tuổi đời của vũ trụ còn nhỏ. Nó sẽ mở rộng tầm hiểu biết của chúng ta về cách hoạt động của năng lượng tối - cho dù sức mạnh của nó có thay đổi theo thời gian - và cuối cùng là sẽ tìm ra được cái gì đó.
Không chỉ có thế: nhóm những thiên hà lớn phóng đại hình ảnh của siêu tân tinh ở xa chắc chắn sẽ có vật chất tối, nhưng mà chúng đã bị ẩn, phần vô hình này chiếm đến 80% khối lượng của vũ trụ. Vật chất tối có tác dụng ngược lại với năng lượng tối, nó kéo vũ trụ lại gần với nhau chứ không phải đẩy tất cả ra xa nhau. Những chi tiết về vật chất tối ở phía trước mạnh mẽ hơn ở những thấu kính trọng trường, vì vậy bằng cách tìm ra những siêu tân tinh đã được phóng đại bao nhiêu lần, thì các nhà thiên văn học có thể xử lý chính xác bấy nhiêu thứ bí ẩn đang bị cầm giữ.
Viện khoa học Kavli không chỉ một mình trong việc tìm kiếm những siêu tân tinh loại Ia. Kính viễn vọng khảo sát lớn (Large Synoptic Survey Telescope) sẽ hoàn thành vào năm 2018 và sứ mệnh Euclid được phóng lên vũ trụ vào năm 2020, gần như chắc chắn sẽ bổ sung một phần đáng kể vào những điều bí ẩn của các nhà thiên văn học về các siêu tân tinh. Nó có thể giúp trả lời những câu hỏi mà ngay cả Einstein cũng không giải đáp nổi.
Siêu tân tinh SN 1987A, một trong những vụ nổ sao sáng nhất được phát hiện bằng kính thiên văn.
Bây giờ các nhà điều tra đã sẵn sàng để biến một phát hiện nhỏ vào nền khoa học lớn một lần nữa. Các nhà nghiên cứu tại viện Kavli của khoa Vật lý và Toán học của trường đại học ở Nhật Bản đã phát hiện ra một ngôi sao đang bùng nổ và đó là siêu tân tinh loại Ia ở rìa của vũ trụ, siêu tân tinh loại Ia thì không phổ biến - những ngôi sao như Mặt Trời của chúng ta không bùng nổ theo kiểu đó. Tuy nhiên, loại siêu tân tinh đặc biệt này có thể giúp chúng ta giải quyết những bí ẩn của vật chất tối và năng lượng tối và tất cả nhờ vào một ảnh ảo quang học duy nhất mà có dấu vân tay của Albert Einstein trên đó.
Một dự đoán kỳ lạ từ thuyết tương đối tổng quát của vật lý hiện đại là những thiên thể lớn như các ngôi sao và thiên hà làm bẻ cong không gian xung quanh nó, uốn các tia sáng thành những đường cong. Chúng hoạt động như một “thấu kính hấp dẫn”, bóp méo hoặc phóng đại các hình ảnh của những thiên thể xa hơn làm nền cho những thiên thể ở phía trước. Trong trường hợp này, các thiên thể nền ở xa là những siêu tân tinh loại Ia - hay còn gọi là PS1-10afx, còn thiên thể ở gần hơn là những nhóm thiên hà lớn.
Những siêu tân tinh kiểu PS1-10afx là những công cụ có giá trị, không chỉ vì chúng sáng mà còn là một nguồn năng lượng cố định. Sự cố định này gọi là “ngọn nến chuẩn”, phương pháp này giúp các nhà thiên văn học xác định dễ dàng khoảng cách đến chúng, từ đó có thể tính toán về độ sáng khi nhìn ở bất cứ khoảng cách nào từ Trái Đất. Và một điều đáng nói hơn, phương pháp này có thể cho phép họ tính toán nhanh vũ trụ đang giãn nở như thế nào bằng cách quan sát tốc độ giảm dần của độ sáng.
Tàn dư của một vụ nổ siêu tân tinh Vela loại Ia.
Trở lại năm 1998, hai đội ngũ các nhà thiên văn học đã phát hiện ra siêu tân tinh loại Ia, họ ngạc nhiên khi siêu tân tinh ở xa này không di chuyển với tốc độ như họ mong đợi - nói dễ hiểu là siêu tân tinh này di chuyển quá nhanh. Bằng cách nào đó vũ trụ đang mở rộng nhanh và ngày càng nhanh hơn.
Giải thưởng Nobel đã giải thích: có một lực bí ẩn đã chống lại lực hấp dẫn, đã đẩy nhanh quá trình mở rộng của vũ trụ. Thế lực này gọi là năng lượng tối, Einstein cũng đã xác nhận điều này khi đặt dấu vân tay của mình lên: ông dự đoán vào năm 1916, sau đó rút lại vào những năm 1920 vì những quan sát thường ngày của ông dường như đã loại trừ những điều ông đã nói.
Để hiểu được thật sự năng lượng tối là gì - các nhà thiên văn học vẫn chưa khẳng định chính xác điều gì - vấn đề quan trọng là phải tìm hiểu thêm và quan sát xa hơn về những siêu tân tinh loại Ia này. Đó là lý do tại sao những phát hiện mới là rất quan trọng. Vụ nổ siêu tân tinh này đã xảy ra 9 tỉ năm trước khi vũ trụ chỉ mới khoảng 5 tỉ tuổi, và ánh sáng của nó truyền đến chúng ta từ lúc đó đến nay. Nếu như các nhà khoa học tìm thấy nhiều hơn từ khoảng thời gian đó, họ có thể sẽ kết luận về tốc độ vũ trụ giãn nở lúc tuổi đời của vũ trụ còn nhỏ. Nó sẽ mở rộng tầm hiểu biết của chúng ta về cách hoạt động của năng lượng tối - cho dù sức mạnh của nó có thay đổi theo thời gian - và cuối cùng là sẽ tìm ra được cái gì đó.
Không chỉ có thế: nhóm những thiên hà lớn phóng đại hình ảnh của siêu tân tinh ở xa chắc chắn sẽ có vật chất tối, nhưng mà chúng đã bị ẩn, phần vô hình này chiếm đến 80% khối lượng của vũ trụ. Vật chất tối có tác dụng ngược lại với năng lượng tối, nó kéo vũ trụ lại gần với nhau chứ không phải đẩy tất cả ra xa nhau. Những chi tiết về vật chất tối ở phía trước mạnh mẽ hơn ở những thấu kính trọng trường, vì vậy bằng cách tìm ra những siêu tân tinh đã được phóng đại bao nhiêu lần, thì các nhà thiên văn học có thể xử lý chính xác bấy nhiêu thứ bí ẩn đang bị cầm giữ.
Viện khoa học Kavli không chỉ một mình trong việc tìm kiếm những siêu tân tinh loại Ia. Kính viễn vọng khảo sát lớn (Large Synoptic Survey Telescope) sẽ hoàn thành vào năm 2018 và sứ mệnh Euclid được phóng lên vũ trụ vào năm 2020, gần như chắc chắn sẽ bổ sung một phần đáng kể vào những điều bí ẩn của các nhà thiên văn học về các siêu tân tinh. Nó có thể giúp trả lời những câu hỏi mà ngay cả Einstein cũng không giải đáp nổi.
Anh Tuấn Nguyễn theo tạp chí Time
