Gửi bình luận
Các nhà vật lý thiên văn đang muốn làm sáng tỏ bí ẩn lớn nhất của vũ trụ là vật chất tối. Nhưng trước mắt là mối lo về tuổi thọ của kính viễn vọng Fermi.
Một bong bóng khổng lồ ở trung tâm Dải Ngân hà không rõ nguồn gốc đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong chương trình kính viễn vọng không gian ‘Fermi’
Vào tháng 10.1963, một tháng trước khi bị ám sát, tổng thống Mỹ John F. Kennedy đã phê chuẩn việc phóng vệ tinh để cảnh báo về thảm họa lớn nhất với sự tồn vong nước Mỹ thời điểm đó: bom nguyên tử. Năm 1967, chương trình giám sát có tên Vela đã phát hiện ra bức xạ mạnh ngoài không gian khiến người Mỹ lo sốt vó vì tưởng Liên Xô thử được bom hạt nhân siêu khủng. Nhưng hóa ra, bức xạ này không đến từ Trái đất mà đến từ ngoài vũ trụ và mối lo Liên Xô thử bom hạt nhân cũng tan biến.
Vấn đề này được giữ trong ngăn kéo cho đến nhiều năm sau, người ta mới biết rằng những tín hiệu đó là loại bức xạ mạnh nhất trong vũ trụ, có thể đến từ bên ngoài thiên hà của chúng ta. Một phương pháp mới để quan sát vũ trụ đã được phát hiện một cách tình cờ: quan sát thiên văn bằng tia gamma.
Mắt người không thể nhìn thấy được tia gamma vốn có mặt khắp nơi và cho phép chúng ta nghiên cứu những hiện tượng dữ dội nhất trong vũ trụ. Peter Michelson, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Stanford giải thích: “Trong một khoảnh khắc ngắn ngủi, các vụ nổ tia gamma giải phóng nhiều năng lượng hơn tất cả các ngôi sao trong vũ trụ cộng lại”.
Tàu Fermi được NASA phóng lên vào năm 2008 nhằm tiếp tục công việc giám sát mà các vệ tinh đã thực hiện từ thời Chiến tranh Lạnh, tất nhiên là có nhiều cải tiến hiện đại hơn. Chỉ trong vài giờ, nhóm Fermi gồm hơn 400 nhà khoa học từ 17 quốc gia có thể phát hiện một nguồn tia gamma mới, xác định nguồn gốc của nó đồng thời gửi thông báo để các trạm quan sát thiên văn từ không gian và mặt đất khác cùng quan sát nó.
Những chùm tia gamma ngắn chỉ kéo dài trong một phần giây. Chúng xảy ra giống như hai ngôi sao neutron – dày đặc và nhỏ đến mức một thìa cà phê nặng cả tỷ tấn – va chạm vào nhau. Những vụ nổ kéo dài nhiều nhất cũng chỉ vài phút, xảy ra khi một ngôi sao lớn hơn mặt trời khoảng 30 lần đến hết tuổi thọ và phát nổ, tạo ra siêu tân tinh. Trong giây phút hấp hối, các lớp bên ngoài của sao bị thổi bay khi lõi tự sụp đổ. Lực hấp dẫn mạnh đến mức tạo thành một điểm có mật độ vô hạn: một lỗ đen. Michelson nói: “Nếu lỗ đen cũng tự quay, điều thường luôn xảy ra, thì nó tạo ra một chùm tia gamma mạnh như toàn bộ thiên hà tạo ra”.
Nhà vật lý thiên vănDeirdre Horan, thành viên của nhóm khoa học Fermi, giải thích: “Tia gamma cũng là một trong những loại bức xạ dao động nhanh nhất và mạnh nhất. Thật thú vị khi thiên nhiên có thể tạo ra những thứ như thế này”. Nhà nghiên cứu người Ireland đang đề cập đến các xung, các sao neutron quay phát ra các tia sáng định kỳ với độ chính xác đến mức chúng có thể được sử dụng làm đồng hồ đo các hiện tượng khác, chẳng hạn như bức xạ do Vụ nổ lớn tạo ra, 13,7 tỉ năm trước.
Tàu Fermi hoạt động 24/7. Từ quỹ đạo của nó, cách bề mặt Trái đất hơn khoảng 500 km, hoàn thành một vòng quanh Trái đất sau ba giờ. Kể từ khi ra mắt, nó đã xác định được hơn 7.000 nguồn tia gamma từ bên trong và bên ngoài Ngân hà. Những phát hiện của nó cho thấy Trái đất là một chấm nhỏ trong không gian được bao quanh bởi các nguồn tia gamma, nhiều trong số đó là từ các ẩn tinh (một loại sao lùn) có tần số chính xác tuyệt đối.
Một số tín hiệu đến từ khoảng cách xa như tuổi đời vũ trụ, chẳng hạn như ánh sáng gamma được phát ra cách đây 12,5 tỷ năm, khi vũ trụ mới ra đời. Do sự giãn nở nhanh chóng của vũ trụ, vật thể này đã cách chúng ta 25 tỉ năm ánh sáng, nghĩa là để đến được vị trí của nó vào lúc này, bạn sẽ phải di chuyển với tốc độ ánh sáng trong khoảng thời gian gần gấp đôi tổng tuổi của vũ trụ.
Các hạt nguyên tử tích điện liên tục bắn phá thiết bị của tàu Fermi. Mặc dù về mặt lý thuyết, kính viễn vọng không gian được chế tạo chỉ để tồn tại trong 5 năm, nhưng các nhà phát minh đã chế tạo để nó kéo dài thời gian hoạt động mặc dù hiệu suất có thể suy giảm do bị bắn phá phóng xạ liên tục. Các nhà khoa học đang họp tại Viện Vật lý lý thuyết ở Madrid, ước tính Fermi có thể tồn tại thêm một thập niên nữa. Điều quan trọng là nó phải tiếp tục hoạt động: nếu không có nó, nhân loại sẽ bị mù trước loại tia gamma này; không có thiết bị thay thế trong tương lai ngắn hạn.
Nhà vật lý thiên văn người Tây Ban Nha Miguel Ángel Sánchez Conde sẽ là điều phối viên khoa học mới của chương trình hợp tác Fermi-LAT. Một trong những mục tiêu chính của chương trình là sử dụng kính thiên văn để cố gắng xác định vật chất tối. Conde nhấn mạnh: “Đó sẽ là một khám phá đưa chúng tôi thẳng đến Stockholm để nhận giải Nobel”.
Vật chất tối chiếm 25% toàn bộ vũ trụ, nhưng chưa ai có thể quan sát hoặc xác định được nó được tạo thành từ đâu. Sánchez nói: “Nhiều nguồn không xác định được có thể là các quầng nhỏ của vật chất tối đang phân hủy và phát ra tia gamma”. Khả năng này có thể phù hợp với một số đề xuất hiện nay nhằm giải thích vật chất tối, chẳng hạn như các hạt lớn tương tác yếu (WIMPS).
Sánchez giải thích: Một trong những “bí ẩn lớn nhất” mà nhóm nghiên cứu phải đối mặt nằm ngay trung tâm thiên hà của chúng ta. Ở nơi này có một lỗ đen – Sagittarius A* – với khối lượng lớn gấp bốn triệu lần mặt trời. Sánchez cho biết: “Kể từ năm 2010, chúng tôi đã thu được tín hiệu liên tục từ trung tâm thiên hà. Nhưng ở những thiên hà khác có lỗ đen siêu lớn ở trung tâm, chúng tôi không thấy điều gì tương tự. Đó là sự dư thừa tia gamma mà chúng tôi không thể hiểu được. Không ai biết tại sao điều này lại xảy ra, nhưng hầu như ngày nào cũng có những nghiên cứu mới được công bố về vấn đề này. Hiện đã có hàng nghìn nghiên cứu về bí ẩn đó”.
Năm 2010, Fermi phát hiện ra một cấu trúc khổng lồ giống bong bóng nằm ngay phía trên và phía dưới trung tâm thiên hà của chúng ta. Hai thùy này lớn đến mức phải mất 50.000 năm để ánh sáng đi từ đầu này đến đầu kia. Mười bốn năm sau, những bong bóng Fermi này vẫn là một trong những bí ẩn lớn nhất về môi trường vũ trụ của chúng ta.
