10 khám phá hàng đầu của kính viễn vọng Hubble

Được đưa lên quỹ đạo nên không chịu ảnh hưởng của nhiễu loạn không khí, một ưu thế mà không một kính thiên văn mặt đất nào có được, 25 năm qua, Hubble đã thực hiện một khối lượng quan sát khổng lồ.

10 phát hiện hàng đầu của kính viễn vọng không gian Hubble

NASA hy vọng kính viễn vọng không gian Hubble sẽ tiếp tục hoạt động đến năm 2020 để cùng với “hậu bối” của nó là kính viễn vọng không gian James Webb, dự kiến được đưa lên vào tháng 10.2018, mang về thêm những thông tin quý giá về vũ trụ.

Dưới đây là "top ten" công trạng của Hubble theo đánh giá của nhà thiên văn Mario Livio, Viện Khoa học viễn kính không gian Baltimore, Hoa Kỳ.

Sao Chổi Shoemaker-Levy 9

Chúng ta rất may mắn khi chứng kiến cảnh sao Chổi Shoemaker-Levy 9 bắn phá sao Mộc từ ngày 16 tới ngày 21/7/1994, vì cảnh tượng đó 1.000 năm mới xảy ra một lần. Quan trọng hơn, Hubble cho ta biết tỷ lệ hai loại khí oxy và hydro trên sao Mộc lớn gấp 10 lần so với Mặt trời. Điều đó đặt ra nhiều câu hỏi hơn câu trả lời. Nếu sao Mộc hình thành do sự phá vỡ hấp dẫn của một đĩa bụi khí như nhiều lý thuyết đề cập về việc hình thành hệ Mặt trời, thì thành phần cấu tạo của nó phải giống thành phần đĩa bụi ban đầu, do đó phải giống thành phần Mặt trời. Đến nay mâu thuẫn đó vẫn chưa có lời giải đáp.

Sao Chổi Shoemaker-Levy 9. (Ảnh: NASA)

Hành tinh ngoài hệ Mặt trời

Phát hiện các hành tinh ngoài hệ Mặt trời được xem là khám phá thiên văn quan trọng nhất thập niên 90 của thế kỷ XX. Đến nay gần 200 hành tinh như thế đã được phát hiện. Hubble góp công bằng cách theo dõi các hành tinh có mặt phẳng qũy đạo trùng với hướng nhìn từ trái đất, do đó chúng xuất hiện định kì trong tầm quan sát của viễn kính. Một hành tinh như thế được khám phá đầu tiên cùng ngôi sao HD 209458 đã cung cấp thông tin tổng quát về các hành tinh ngoài hệ Mặt trời. HD 209458 nhẹ hơn sao Mộc 30% nhưng đường kính lớn hơn 30%.

Thú vị nhất là Hubble lần đầu tiên đo được thành phần của một ngôi sao xa trong vũ trụ. Bầu khí quyển HD 209458 chứa natri, cacbon và oxy. Còn khí hydro thì bay hơi tạo thành cái đuôi giống như đuôi sao chổi. Quan sát này có thể là tiền đề để nghiên cứu những tín hiệu hoá học mang dấu vết sự sống ở một nơi nào đó trong vũ trụ trong tương lai.

Ngôi sao HD 209458. 

Cái chết của sao

Các lý thuyết thiên văn tiên đoán rằng, một ngôi sao nặng hơn Mặt trời 8-25 lần sẽ kết thúc trong một vụ nổ siêu tân tinh. Khi ngôi sao cạn kiệt nhiên liệu, do lực hấp dẫn giảm theo khối lượng nên lớp ngoài sẽ bắn ra với tốc độ khoảng 15.000 km/giây, còn phần lõi co lại thành sao neutron. Tuy nhiên việc kiểm chứng lý thuyết là không thể được vì vụ nổ siêu tân tinh cuối cùng quan sát được từ Trái đất xảy ra từ năm 1680!

Ngày 23/7/1987 mang lại cơ may cho giới thiên văn học khi tại đám mây Magellan, một thiên hà lùn là vệ tinh của Ngân hà, xuất hiện một vụ nổ siêu tân tinh. Ba năm sau, Hubble được đưa lên qũy đạo và bắt đầu thu thập số liệu về vụ nổ. Và giả thuyết siêu tân tinh đã được khẳng định.

(Ảnh: nostradamus-dimde)

Sự hình thành sao

Từ lâu giới thiên văn đã biết những dòng khí hẹp phun trào là dấu hiệu sinh thành một ngôi sao. Một số sao có thể có hai luồng khí phun ngược nhau dài đến vài năm ánh sáng, một hiện tượng chưa được giải thích thỏa đáng. Một lý thuyết cho rằng, đó là do từ trường gắn kết mọi thứ trong đĩa bụi khí tiềm sinh. Từ trường buộc dòng vật chất bị ion hóa tuôn chảy theo hệ đường sức từ, tạo nên các dòng khí. Hubble nhận thấy các luồng khí có nguồn gốc từ trung tâm đĩa bụi.

Điều đáng nói là những đĩa khí nằm cạnh các ngôi sao trưởng thành sẽ bị khuất khỏi các viễn kính mặt đất. Hubble phát hiện vài chục đĩa khí như thế và chúng được xem là tiền thân của các ngôi sao sắp thành hình.

(Ảnh: biosbcc.net)

"Khảo cổ" các thiên hà

Những thiên hà lớn như Ngân hà và Tinh vân Tiên nữ, người láng giềng cách chúng ta 2 triệu năm ánh sáng, phát triển nhờ thu hút các thiên hà nhỏ hơn về mình. Hubble được dùng làm phép thử cho nhận định trên khi tiến hành quan sát quần sao của người hàng xóm. Quần sao là tập hợp các sao và chùm sao bao quanh đĩa thiên hà chính và thường có dạng cầu. Sao trong quần sao này có độ tuổi rất khác nhau, trẻ nhất khoảng 6-8 tỷ năm, già nhất tới 13,5 tỷ năm. Trong khi đó quần sao của Ngân hà không có nhiều những ngôi sao trẻ (Mặt trời là ngôi sao trẻ, với độ tuổi 5 tỷ năm). Hubble cho thấy, tuy Ngân hà và Tinh vân Tiên nữ có vẻ ngoài giống nhau, nhưng lịch sử phát triển rất khác nhau.

Lỗ đen siêu nặng

Từ năm 1960, giới thiên văn học đã cho rằng, các quasar (các tựa sao có phổ dịch về phía đỏ, tức ở rất xa tận rìa vũ trụ và do đó rất sáng nên mới quan sát được) và trung tâm sôi động của các thiên hà được các lỗ đen khổng lồ cung cấp năng lượng. Hubble củng cố điều này bằng những quan sát hệ thống và chính xác, khẳng định rằng hầu hết các thiên hà chứa một siêu lỗ đen tại trung tâm. Và sự hình thành thiên hà gắn bó chặt chẽ với siêu lỗ đen đó.

(Ảnh: hia-iha.nrc-cnrc)

Bùng nổ tia gamma

Bùng nổ tia gamma có lẽ là khám phá thiên văn quan trọng nhất đầu thế kỉ XXI. Đó là vụ nổ kéo dài từ vài phần ngàn giây tới hàng chục phút. Chúng được chia thành hai loại: dài hơn và ngắn hơn 2 giây. Tia gamma trong chùm phát dài hơn có năng lượng từng photon nhỏ hơn trong chùm phát ngắn hơn. Nguồn gốc của chúng là một bài toán thiên văn học quan trọng. Cùng với các viễn kính mặt đất và trên quỹ đạo khác, Hubble thấy rằng các vụ bùng nổ gamma dài là kết quả của các vụ nổ siêu tân tinh, còn các vụ ngắn nhiều khả năng là sự kết hợp của hai sao neutron. Tuy nhiên còn chưa rõ là tại sao chỉ một số ít vụ nổ siêu tân tinh dẫn tới sự bùng nổ tia gamma.

Ranh giới của không gian

Một nhiệm vụ xuyên suốt của thiên văn học là khám phá sự tiến hóa của các thiên hà và tiền thân của chúng, càng xa về thời điểm khai sinh vũ trụ (Vụ nổ lớn) càng tốt. Vì thế các nhà thiên văn hăm hở săn lùng hình ảnh một thiên hà tại các thời điểm khác nhau, từ lúc mới sinh tới tuổi trưởng thành. Thật may là cuối cùng Hubble cũng vươn tới các thiên hà xa nhất, do đó trẻ trung nhất. Hubble chụp được các thiên hà tồn tại khi vũ trụ mới vài trăm triệu năm tuổi, tức chỉ khoảng 5% tuổi của vũ trụ hiện tại. Chúng có kích thước nhỏ hơn và kém ổn định hơn một thiên hà trưởng thành. Và chúng dần kết hợp nhau tạo nên các thiên hà mà chúng ta đang thấy.

Xác định tuổi vũ trụ

Nhờ quan sát của nhà thiên văn Edwin Hubble và nhiều người khác những năm 1920 mà chúng ta biết chúng ta sống trong một vũ trụ đang giãn nở, với tốc độ được xác định bằng hệ số Hubble H0. Nó là chìa khóa để xác định tuổi của vũ trụ, vì nếu H0 là hằng số thì tỷ lệ nghịch của nó có thể dùng để xác định tuổi vũ trụ. Xác định chính xác H0 là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của ngành Thiên văn học.

Nhà thiên văn Edwin Hubble

Giá trị của H0 với độ chính xác 10% cùng với việc đo đạc chính xác phông bức xạ tàn dư từ Vụ nổ lớn cho phép giới khoa học đưa ra con số khoảng 13,7 tỷ năm. Đó chính là tuổi của vũ trụ khả kiến.

Vũ trụ giãn nở ngày càng nhanh

Với việc quan sát các siêu tân tinh, năm 1998, hai nhóm nghiên cứu độc lập đã làm chấn động dư luận khi cùng thấy rằng, vũ trụ của chúng ta đang giãn nở với tốc độ ngày càng tăng. Thực ra vũ trụ vẫn giãn nở từ sau Vụ nổ lớn, nhưng từng được hy vọng là lực hấp dẫn sẽ dần đảo ngược sự giãn nở, cho phép dẫn tới Vụ co lớn, khi toàn vũ trụ co về một điểm, điều kiện cần thiết cho một Vụ nổ lớn mới (giả thuyết vũ trụ co giãn tuần hoàn). Nay thì hy vọng đó đã tắt. Đây là bí ẩn lớn nhất của vật lý đương đại. Nhiều giả thuyết đã được nêu về bản chất của loại năng lượng tối có lực hấp dẫn là lực đẩy đó, như chân không lượng tử, hấp dẫn theo các chiều dư (lý thuyết dây xem không thời gian có tới 11 chiều), thành phần thứ năm (chơi chữ theo Aristotle, người cho rằng bốn yếu tố nước, lửa, không khí và đất tạo nên vũ trụ)...

Điều đáng nói là vũ trụ chỉ chứa 0,5% chất sáng (loại vật chất tạo thành thiên hà, sao, trái đất và cả bản thân chúng ta), 3,5% chất tối thông thường (như lỗ đen, sao lùn nâu…), 26% chất tối kỳ lạ (chẳng hạn loại hạt cơ bản neutrino nếu chúng có khối lượng), nhưng chứa đến 70% loại năng lượng tối. Truy tìm loại năng lượng kỳ dị đó là một trong những lý do tồn tại của những viễn kính không gian hậu Hubble.

Với nhiều khám phá quan trọng và mang tính mở đường như thế, kính thiên văn không gian Hubble xứng đáng được ca tụng là Kim tự tháp của thời hiện đại.