Các nhà khoa học Mỹ - Trung chế tạo máy quang phổ trên kính thiên văn lớn nhất thế giới

Kính thiên văn Hale do Đài quan sát quang học Caltech vận hành và được đặt theo tên của nhà thiết kế George Ellery Hale. Đây là kính thiên văn lớn nhất thế giới trong hơn 4 thập kỷ và vẫn đóng vai trò hàng đầu trong lĩnh vực thiên văn học tiên tiến.

Kính thiên văn này ghi nhận danh sách dài những phát hiện phi thường, bắt đầu từ các chuẩn tinh - những vật thể rất xa, cực sáng được cung cấp bởi các lỗ đen siêu lớn - vào những năm 1960.

Các nhà nghiên cứu đang phát triển Máy đo quang phổ Palomar thế hệ tiếp theo (NGPS) sẽ trang bị cho kính thiên văn Hale vào năm tới, bản nâng cấp giúp nó “có thể so sánh với một số kính thiên văn quang học mạnh nhất trên mặt đất”, theo Tsai Chao-wei từ Đài quan sát thiên văn quốc gia của Trung Quốc tại thủ đô Bắc Kinh.

“Tôi đã sử dụng nó nhiều lần để nghiên cứu sự tiến hóa của các thiên hà và lỗ đen. Nhóm của tôi sẽ sử dụng nó trong tương lai để khám phá vũ trụ xa hơn và mờ hơn”, Tsai Chao-wei nói thêm.

Có công trong việc khởi xướng dự án, Xue Suijian lưu ý NGPS cũng là một trong số ít sự hợp tác cấp thể chế đang diễn ra giữa hai quốc gia trong lĩnh vực khoa học cơ bản vào bối cảnh chính trị hiện nay,

Theo Xue Suijian, máy quang phổ là một phần thiết yếu của kính thiên văn quang học. Ông nói: “Cũng giống lăng kính của Isaac Newton, máy quang phổ tách ánh sáng tới thành các màu sắc thành phần của nó, hoặc các dải sóng, vì vậy ánh sáng có thể được ghi lại và phân tích sau đó”.

Máy quang phổ có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về bản chất cơ bản của các thiên thể như tuổi, khoảng cách và thành phần hóa học - những thứ không thể có được từ hình ảnh.

Việc thu thập thông tin này từ số lượng lớn các ngôi sao và thiên hà cũng giúp họ nghiên cứu cấu trúc và sự tiến hóa của vũ trụ.

Tuy nhiên, hầu hết ánh sáng bị mất khi chúng di chuyển bên trong kính thiên văn và hiệu suất của máy quang phổ thường nằm trong khoảng từ 10 đến 20%, theo Wu Xuebing từ Đại học Bắc Kinh, người tham gia dự án.

Máy đo quang phổ kép mà kính thiên văn Hale đã sử dụng trong khoảng 40 năm có tỷ lệ hiệu quả khoảng 20%, nhưng máy quang phổ mới sẽ tăng tỷ lệ này lên khoảng 40%, Wu Xuebing nói.

Con số này cao hơn bất kỳ máy quang phổ nào được trang bị trên kính thiên văn kích thước trung bình hoặc lớn hiện có và sẽ mở rộng phổ ánh sáng mà nó có thể nhìn thấy từ dải sóng 380-900 nanomet lên 310-1040 nanomet.

Wu Xuebing cho biết việc tăng hiệu quả quang học như vậy tương đương với tăng đường kính gương chính của kính thiên văn từ 5,1 mét (200 inch) lên 7,2 mét.

Phía Trung Quốc chịu trách nhiệm phát triển phần quang học của máy quang phổ, trong khi phía Mỹ dẫn đầu về các lĩnh vực như máy dò, điện tử và phần mềm.

Để đền đáp cho sự đóng góp của họ, các nhà thiên văn tại Trung Quốc sẽ được cấp một vị trí quan sát dành cho khách 10 đêm một năm trong 5 năm đầu tiên hoạt động của NGPS.

Được tài trợ phần lớn bởi khoản 10 triệu nhân dân tệ (1,5 triệu USD) từ Đại học Bắc Kinh và Quỹ Khoa học Quốc gia Trung Quốc, thiết kế của NGPS đã hoàn thiện vào tháng 8.2021 sau một cuộc khảo sát nhu cầu của người dùng kéo dài 5 năm.

Gần đây, nghiên cứu về một thành phần tách ánh sáng quan trọng được gọi là lưới đã bắt đầu tại Viện Công nghệ và Quang học Thiên văn Nam Kinh.

Hu Zhongwen, Phó giám đốc Viện Công nghệ và Quang học Thiên văn Nam Kinh, cho biết: “Chúng tôi đang đạt được tiến triển tốt dù thời gian rất gắt gao”.

Hu Zhongwen nói Trung Quốc là nước đi sau trong lĩnh vực chế tạo kính thiên văn nhưng đã tiến bộ “nhảy vọt” trong một số lĩnh vực nhất định trong những năm gần đây và là quê hương của một số nhà phát triển máy quang phổ có kinh nghiệm nhất thế giới.

Ngoài NGPS, Hu Zhongwen đã phát triển máy quang phổ cho Kính viễn vọng Quốc gia Thái Lan và Kính viễn vọng sợi quang phổ đa vật thể quan sát bầu trời ở miền bắc Trung Quốc, có thể chụp quang phổ từ 4.000 thiên thể cùng lúc.

Hu Zhongwen ấn tượng bởi mức độ ưu tiên cao được đưa vào phân tích nhu cầu để đảm bảo rằng công cụ mới sẽ phục vụ các mục tiêu của một số nhà thiên văn học. Chỉ sau khi bước đầu tiên tốn nhiều thời gian này được thực hiện, toàn bộ nhóm sẽ chuyển sang giải quyết các thách thức khác.

“Nó khác với cách mọi thứ thường được thực hiện ở Trung Quốc. Khái niệm đặt khoa học lên trước mọi thứ khác sẽ mang lại lợi ích to lớn cho các nhà khoa học trẻ ở Trung Quốc, những người đam mê thiết bị đo đạc”, Hu Zhongwen nói.

“Theo kế hoạch, phần quang học của NGPS sẽ được chuyển giao cho Caltech cuối năm nay và hy vọng sẽ được chuyển đến núi Palomar vào tháng 4.2023. Ánh sáng đầu tiên của các kênh màu đỏ và hồng ngoại dự kiến ​​vào tháng 5.2023, với máy quang phổ sẽ hoạt động hoàn toàn đầu năm 2024”, Rob Bertz, Giám đốc dự án của Caltech, cho biết.

Điều này có nghĩa là thời gian còn lại để nhóm sản xuất, lắp ráp và kiểm tra thiết bị của họ chỉ kéo dài không quá 6 tháng.

Wu Xuebing tự tin về việc cung cấp NGPS. “Chúng tôi đã dành rất nhiều thời gian để đẩy hiệu suất của nó đến giới hạn và chúng tôi giải quyết được tất cả thách thức kỹ thuật”, ông nói.

Wu Xuebing nói ông rất thích được tham gia dự án vì các nhà khoa học của cả hai bên đã làm việc chặt chẽ để cống hiến hết sức mình phục vụ cộng đồng thiên văn học toàn cầu.

Sinh ra ở Đài Loan, Tsai Chao-wei nói rằng hầu hết đồng nghiệp của ông ở Mỹ và Trung Quốc đều lạc quan về sự hợp tác trong tương lai.

Các nhà khoa học Trung Quốc là một phần của nhóm quốc tế tham gia vào Kính viễn vọng 30 mét, đang được xây dựng ở bang Hawaii (Mỹ).

Trong khi dự án đang đối mặt với những bất ổn và chi nhánh của Trung Quốc bị thiếu kinh phí cũng như không được công nhận chính thức, “nó chắc chắn mang lại cho các nhà khoa học nước này cơ hội hiếm có để làm khoa học hàng đầu thế giới, mài giũa các cạnh công nghệ của họ và bắt kịp nhanh nhất có thể", Xue Suijian nói.

“NGPS cho thấy rằng chúng ta có thể làm việc cùng nhau và chúng ta sẽ làm việc cùng nhau”, ông nhấn mạnh.