Buzz
Sau hai năm ghi nhận và phân tích số liệu, một nhóm nhà thiên văn đã tung ra một bức tranh chụp, đúng nghĩa là, vô cùng to lớn. Bức hình tràn ngập sự tuyệt vời của các ngôi sao: Hình ảnh cho thấy những đám mây bụi màu đỏ nâu tập trung dọc theo trục trung tâm của Dải Ngân Hà chúng ta, đầy hơn 3 tỷ điểm sáng nhỏ - gần như tất cả là ngôi sao, có một vài hình ảnh nhẹ của một số dải ngân hà láng giềng ở đó.
Dự án, đặt tại Trung tâm Thiên văn Harvard-Smithsonian, được gọi là Khảo sát Mặt phẳng Camera Năng lượng Tối, và nhắm đến việc đánh chỉ mục các vật thể thiên hà nằm trong mặt phẳng thiên hà của chúng ta. Vào tháng 1, các nghiên cứu viên đã công bố bản phát hành dữ liệu thứ hai của họ trong The Astrophysical Journal Supplement Series, biến nó thành bảng liệt kê lớn nhất, hoặc chỉ mục, về các ngôi sao từng được thu thập bởi một thiết bị duy nhất, và một trong những trường hợp hiếm hoi chúng ta đã quay camera về phía giữa Dải Ngân Hà của chúng ta. Đó là một bức ảnh tự sướng không gian, nếu bạn muốn.
Nhưng trong khi các ngôi sao là người hút chú ý, mục đích khác của cuộc khảo sát này là bắt kịp chất liệu khó nắm bên cạnh chúng: bụi. Bởi vì bụi che phủ ánh sáng, nó biến dạng tầm nhìn của chúng ta về vũ trụ. Biết được có bao nhiêu bụi ở đó có thể giúp nhà thiên văn lọc bỏ tác động của nó từ dữ liệu của họ, và đánh giá một cách chính xác hóa học và vị trí của các ngôi sao. Trong thập kỷ tiếp theo, các nhà khoa học sẽ sử dụng bảng liệt kê này để xây dựng bản đồ bụi thiên hà, tìm kiếm các hệ thống ngôi sao cổ điển và nghiên cứu quá trình hình thành và cấu trúc của Dải Ngân Hà của chúng ta.
Đối với cuộc khảo sát này, nhóm nghiên cứu đã tái chế Camera Năng lượng Tối, hay DECam, một công cụ quang học tại Đài quan sát Liên Mỹ ở Chile, được xây dựng ban đầu để nghiên cứu các đối tượng mờ ở xa xa mặt phẳng thiên hà. “Chúng tôi đã sử dụng công cụ này được tạo ra cho vũ trụ học,” nói Eddie Schlafly, một nhà thiên văn tại Viện Khoa học Kính vũ không gian, “và chúng tôi hướng nó thẳng vào trung tâm mặt phẳng thiên hà, nơi có hàng tỷ ngôi sao và bụi và khí và sương khói.” Mục tiêu, ông nói, là giải quyết nhiều nguồn sáng cá thể nhất có thể.
Điều đó là yêu cầu cao: Hầu hết các nhà thiên văn tránh xa khỏi việc quan sát mặt phẳng thiên hà vì nó khá khó chụp ảnh. “Dải Ngân Hà là một thiên hà xoắn ốc. Vì vậy, hầu hết các ngôi sao của nó nằm trong một cái bánh pancake phẳng,” nói Andrew Saydjari, một sinh viên cao học vật lý tại Đại học Harvard, người đứng đầu cuộc khảo sát. Thật không may cho những người quan sát trên Trái Đất, chúng ta ngồi chính giữa cái bánh pancake đó. Dễ dàng nhìn thấy phía trên hoặc dưới mặt phẳng của chúng ta trong đĩa đó, nơi sương khói thiên hà mỏng. Nhưng nhìn vào trung tâm của thiên hà, hoặc nhìn lại phía ngoại vi, là khó khăn vì tầm nhìn đông đúc. “Nhiều ngôi sao có thể xuất hiện như chúng đang nằm lên nhau,” Saydjari nói.
Những thứ khác nằm xung quanh trung tâm thiên hà cũng không giúp ích. Một số khí, ví dụ, đủ nóng để phát ra photon của chúng trong một màu tương tự như ánh sáng sao. Và bụi có thể làm cho các vật thể thiên hà trở nên mờ nhạt và đỏ hơn so với thực tế. Cả hai điều này đều có thể làm biến dạng đo lường độ sáng và vị trí của ngôi sao của nhà thiên văn.
Cuộc khảo sát mặt phẳng DECam đầu tiên được xuất bản vào năm 2017, một kho lưu trữ của khoảng 2 tỷ vật thể thiên hà nằm ở độ cao tới 5 độ trên và dưới mặt phẳng thiên hà. Bản phát hành thứ hai là một việc xử lý lại của tất cả thông tin đó, Saydjari nói, cộng thêm các quan sát mới làm tăng gấp đôi tổng bộ dữ liệu. Thiết lập cơ bản của thử nghiệm của họ vẫn giữ nguyên: Mỗi phần của bầu trời được chụp ảnh cùng một số lần, vào cùng một thời điểm của đêm, và trong cùng một màu sắc. Nhưng các nhà nghiên cứu đã mở rộng tầm nhìn của họ để bao gồm đo lường của mọi thứ lên đến vĩ độ thiên hà 10 độ trên hoặc dưới mặt phẳng.
Saydjari cũng phát triển các công cụ phần mềm tiên tiến để hiểu rõ hơn về dữ liệu này. Anh ấy viết mã để tách photon của ngôi sao khỏi những photon được phát bởi khí nóng, cải thiện độ chính xác của đo lường độ sáng. Anh ấy cũng cập nhật phương pháp được sử dụng trong bản phát hành dữ liệu đầu tiên để giải quyết các nguồn sáng cá thể: Thay vì xác định từng ngôi sao một cách riêng lẻ, Saydjari nâng cao thuật toán để mô phỏng tất cả các đối tượng trong một hình ảnh duy nhất đồng thời. Điều này tạo ra một lượng thông tin lớn về vị trí và độ sáng của các ngôi sao trong năm băng phổ màu khác nhau. (Mỗi băng, Saydjari nói, giống như đo độ sáng của một ngôi sao qua một mảnh kính lọc ra tất cả mọi thứ ngoại trừ một màu cụ thể.)
Schlafly nói rằng mục tiêu lâu dài của nhóm là tạo ra bản đồ chi tiết, ba chiều về bụi bắn rải khắp Dải Ngân Hà. Điều này sẽ giúp nhà thiên văn hiệu chỉnh màu sắc của họ khi quan sát các ngôi sao. “Gần như tất cả các đo lường trong thiên văn đều liên quan đến độ sáng của một đối tượng,” ông nói. “Vì vậy, chúng ta quan tâm đến mọi thứ ảnh hưởng đến ánh sáng.”
Bụi là lý do tại sao, ví dụ, mặt trời trông đỏ vào lúc hoàng hôn - nếu bạn muốn biết màu sắc thực sự của nó, bạn phải điều chỉnh dựa trên thời gian trong ngày bạn đang đo. Tương tự, bản đồ bụi thiên hà sẽ giúp nhà thiên văn thực hiện những sửa đổi đó cho các đo lường vũ trụ. Màu sắc và độ sáng của ngôi sao liên quan chặt chẽ đến khoảng cách, thành phần hóa học và nhiệt độ của ngôi sao. Điều này quan trọng để đặc trưng cho từng đối tượng cụ thể, nhưng cũng hữu ích để hiểu về phân phối của các loại ngôi sao khác nhau trong Dải Ngân Hà.
Bụi không chỉ là một phiền toái về vũ trụ, tuy nhiên. “Nó quan trọng đối với thiên hà,” Saydjari nói, mặc dù chiếm dưới 1 phần trăm khối lượng tổng của Dải Ngân Hà. Ngôi sao tạo ra bụi khi chúng chết, và chúng, phần nào, được tạo ra từ đó. Nó là thành phần thiết yếu của quá trình hình thành hành tinh: Theo một cách nào đó, Schlafly nói, Trái Đất chỉ là một đống bụi lớn hợp nhất vài tỷ năm trước. Hơn nữa, toàn bộ hóa học trong dải ngân hà chúng ta - bao gồm cả các quy trình cuối cùng dẫn đến sự sống - bắt đầu từ hydro phân tử, cần có hạt bụi để giúp nó liên kết lại. Biết kích thước và mật độ của các đám mây bụi thiên hà quan trọng để đo lường có bao nhiêu hoạt động hóa học đang diễn ra trong một khu vực không gian cụ thể.
Gautham Narayan, một vũ trụ học tại Đại học Illinois Urbana-Champaign không tham gia vào công việc này, tin rằng bản đồ bụi này sẽ quan trọng đối với các kính quan sát bề mặt Nam như Đài quan sát Vera C. Rubin, mục tiêu là quay một bức tranh chuyển động 10 năm của Dải Ngân Hà để biết làm thế nào vật chất tối hình thành sự tiến hóa thiên hà. “Biết có bao nhiêu bụi trên đường nhìn theo khoảng cách ở bất kỳ hướng nào sẽ rất quý giá,” Narayan nói. Cuộc khảo sát mặt phẳng DECam cũng sẽ giúp kiểm tra đo lường đầu tiên của Rubin, làm nền tảng để đảm bảo rằng kính viễn vọng đang hoạt động như mong đợi.
Các nhà khoa học khác đang háo hức về những điều mà cuộc khảo sát này sẽ khám phá về dòng thời gian thiên hà của chúng ta. “Tôi nghiên cứu lịch sử nhập cư của Dải Ngân Hà,” nói nhà thiên văn Rohan Naidu của Viện Công nghệ Massachusetts, người nói rằng các thiên hà như của chúng ta được xây dựng từ các hệ thống ngôi sao nhỏ hơn mà hợp nhất vào một thời điểm nào đó. Với các bộ dữ liệu như thế này, các nhà khảo cổ thiên hà có thể bắt đầu phân biệt điều gì đến từ đâu. “Chúng tôi có thể nói, ‘Đây là gia đình ngôi sao đã đến cùng nhau,’” anh ấy nói.
Naidu nghĩ rằng cuộc khảo sát cũng có thể giúp anh ấy đặc trưng hóa các thiên hà xa bằng cách khám phá các hệ thống cổ đại mà Dải Ngân Hà của chúng ta hấp thụ. “Một số thiên hà đầu tiên bị chôn lấp ngay ở đây trong Dải Ngân Hà của chúng ta,” anh ấy nói, “trong những khu vực mây mịt rất khó chụp hình, mà tập dữ liệu này giờ đây đã tạo ra một trong những cái nhìn sâu và rõ ràng nhất.”
Các công cụ như Kính viễn vọng Không gian James Webb đã phát hiện ra các thiên hà có thể 13.6 tỷ năm tuổi, nhưng sẽ mất thời gian lâu, nếu có thể, trước khi công nghệ đủ tiên tiến để nghiên cứu những hệ thống xa xôi này trên cơ sở từng ngôi sao hoặc liệt kê thành phần hóa học của chúng. Việc xác định các thiên hà cổ nhất trong vùng lân cận của chúng ta - và “nghiên cứu chúng một cách chi tiết,” Naidu nói - là một bước đầu tiên để xây dựng các mẫu để hiểu rõ những gì đang diễn ra trong vũ trụ xa xôi.
Schlafly nói rằng bước tiếp theo là kết hợp các dự án khác với Cuộc khảo sát mặt phẳng DECam để tạo ra một cái nhìn toàn diện về bầu trời phía Nam. Kết hợp với dữ liệu từ Gaia - một vệ tinh châu Âu đo đạc chuyển động và khoảng cách của các ngôi sao - Narayan nói, và nhà thiên văn đã đi đến gần việc hoàn thiện bản đồ đầy đủ, ba chiều của Dải Ngân Hà.
Trong khi đó, Schlafly khuyến khích các đam mê vũ trụ kiểm tra người xem dữ liệu tương tác của đội họ, cho phép người dùng quay quanh khu vực vũ trụ của chúng ta như một Google Maps cho Dải Ngân Hà. “Những hình ảnh rất cuốn hút,” Schlafly nói. “Bạn có thể duyệt qua đây và tìm thấy mọi thứ thú vị, kỳ quặc đang diễn ra.”
