Kính viễn vọng không gian mới của NASA sẵn sàng khám phá những bí ẩn về vũ trụ

Kính viễn vọng không gian Nancy Grace Roman của NASA, dự kiến phóng vào cuối tháng 8, được kỳ vọng sẽ phát hiện tới 200.000 hành tinh mới và hé lộ chi tiết về bản chất khó nắm bắt của vật chất tối và năng lượng tối. Với độ phân giải tương đương Hubble nhưng tầm quan sát rộng gấp 100 lần, kính thiên văn này sẽ là một cỗ máy khám phá mang tính đột phá.

Một cỗ máy khám phá với tầm nhìn rộng mở

Các nhà thiên văn học đã biết từ nhiều thập kỷ rằng một vật chất vô hình đang lan tỏa khắp vũ trụ. Chỉ có thể phát hiện qua ảnh hưởng hấp dẫn của nó lên các vật thể hữu hình, vật chất tối chiếm khoảng 85% tổng số vật chất, bao bọc toàn bộ các thiên hà trong những thể hình cầu lớn phân nhánh và đan xen tạo thành khung xương của vũ trụ. Tuy nhiên, các đặc điểm của cấu trúc vĩ đại này vẫn còn là điều bí ẩn. Được thúc đẩy bởi một lực lượng ma quái mà các nhà khoa học gọi là năng lượng tối, vũ trụ không ngừng thay đổi, liên tục giãn nở với tốc độ gia tăng.

Kính viễn vọng không gian mới, dự kiến phóng từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy của NASA ở Florida, sẽ cố gắng làm sáng tỏ bản chất của những hiện tượng liên thiên hà tối tăm này. Với độ phân giải tương đương Hubble nhưng tầm quan sát rộng gấp khoảng 100 lần, Kính viễn vọng Không gian Nancy Grace Roman sẽ cung cấp một cách nhìn mới về vũ trụ, có thể giúp giải quyết một số câu hỏi lớn nhất trong vật lý thiên văn.

"Một đài quan sát như Roman về bản chất là một cỗ máy khám phá," Julie McEnery, nhà khoa học cấp cao của NASA cho dự án kính thiên văn này, chia sẻ. "Chúng ta sẽ tìm thấy những thứ hiếm có, khác thường, mới mẻ và đáng ngạc nhiên."

Trong suốt sứ mệnh chính kéo dài 5 năm, Roman sẽ lập bản đồ các vùng không gian rộng lớn để xây dựng một bức tranh toàn diện về các thiên hà và vật chất tối, giúp các nhà khoa học hiểu cách các cấu trúc lớn nhất của vũ trụ thay đổi theo thời gian. Kính thiên văn này, được đặt theo tên nhà thiên văn học trưởng đầu tiên của NASA, sẽ truy vết các cấu trúc vật lý thiên văn bằng cách đo những biến dạng tinh tế của ánh sáng do lực hấp dẫn gây ra, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu cách năng lượng tối thúc đẩy sự tiến hóa vũ trụ.

Phóng to hình ảnh kính viễn vọng không gian Nancy Grace Roman

Những thế giới hoàn toàn mới

Về nhiều mặt, Roman sẽ là một đối tác của Kính viễn vọng Không gian James Webb. Cả hai chủ yếu quan sát ánh sáng hồng ngoại, và giống Webb, Roman sẽ bay quanh một điểm trong không gian cách Trái đất gần một triệu dặm gọi là Điểm Lagrange 2, nơi các kính thiên văn có thể chặn hiệu quả ánh sáng từ Mặt trời, Trái đất và Mặt trăng.

Nhưng trong khi Webb được thiết kế để nhìn sâu vào vũ trụ, Roman sẽ có tầm nhìn rộng hơn. Quan điểm rộng này sẽ cho phép Roman dò tìm hàng trăm triệu ngôi sao để tìm kiếm hành tinh. Tương tự các sứ mệnh trước, đài quan sát sẽ tìm thấy hầu hết các mục tiêu bằng cách tìm kiếm các hành tinh đi ngang qua phía trước ngôi sao chủ của chúng. Đây là kỹ thuật hiệu quả để tìm các hành tinh lớn có quỹ đạo ngắn, nhưng để tìm kiếm các loại thế giới khác, Roman sẽ sử dụng một kỹ thuật khác gọi là vi thấu kính hấp dẫn.

Khi hai ngôi sao xếp thẳng hàng, ánh sáng từ ngôi sao phía sau bị bẻ cong và phóng đại bởi lực hấp dẫn của ngôi sao phía trước. Nếu ngôi sao phía trước có một hành tinh, Roman sẽ phát hiện cách lực hấp dẫn của hành tinh đó phóng đại thêm ánh sáng từ phía sau.

"Phương pháp này có thể phát hiện các hành tinh ở xa ngôi sao của chúng hơn so với các phương pháp khác," Matthew Penny, nhà nghiên cứu ngoại hành tinh tại Đại học bang Louisiana, cho biết. "Bạn không cần hành tinh hoàn thành toàn bộ quỹ đạo trước khi nhìn thấy nó."

Vũ trụ tối và những bí ẩn vũ trụ

Ngoài nhiều thế giới mới, ánh nhìn của Roman sẽ hướng tới hơn một tỷ thiên hà. Đặc biệt, nó sẽ tập trung vào một quần thể thiên hà hình thành khoảng 2 đến 6 tỷ năm sau Vụ nổ lớn. Roman sẽ tạo ra một bản đồ chi tiết đặc biệt về các thiên hà có thể nhìn thấy và lập bản đồ phân bố vật chất tối với độ chính xác chưa từng có bằng kỹ thuật thấu kính hấp dẫn yếu.

Trong những năm gần đây, ba điểm bất thường đáng chú ý đã xuất hiện trong nghiên cứu vũ trụ học. Thứ nhất, vũ trụ dường như đang giãn nở nhanh hơn ngày nay so với các mô hình dựa trên điều kiện ngay sau Vụ nổ lớn. Thứ hai, vật chất của vũ trụ phân bố đồng đều hơn dự kiến. Thứ ba, một phát hiện đáng ngạc nhiên gần đây từ Dụng cụ quang phổ năng lượng tối (DESI) ở Arizona cho thấy năng lượng tối có thể đang suy yếu bất ngờ theo thời gian.

Khái niệm về kính thiên văn quan sát vũ trụ rộng lớn

"Điều này thật hấp dẫn, vì có những gợi ý rằng điều gì đó rất sai lệch," McEnery nói.

Đối với mỗi bí ẩn chưa lời giải này, Roman sẽ cung cấp dữ liệu quý giá. Kính thiên văn dự kiến sẽ ghi lại hàng chục nghìn vụ nổ siêu tân tinh, nhiều gấp vài lần số quan sát được cho đến nay. Một số siêu tân tinh nhất định có thể được dùng để đo tốc độ giãn nở của vũ trụ hiện nay, nghĩa là Roman sẽ cho phép các nhà nghiên cứu tính toán giá trị này chính xác hơn.

Với tầm nhìn rộng lớn của mình, Roman sẽ tiết lộ vô số chi tiết mới, và khi các nhà khoa học ghép lại, họ có thể cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về vũ trụ học.

"Chúng ta đã có một bước đột phá lớn trong thế kỷ trước về những thứ rất nhỏ với sự phát triển của cơ học lượng tử và khám phá ra các hạt cơ bản," McEnery nói. "Có lẽ thế kỷ này là thế kỷ của việc hiểu thế giới rất lớn."