Đây Là Euclid, Kính Viễn Vọng Sẽ Tìm Kiếm Năng Lượng Tối

Một tàu thăm dò không gian mới sẽ được phóng vào sáng Thứ Bảy có khả năng làm sáng tỏ những câu hỏi lớn nhất về vũ trụ. Nếu mọi thứ diễn ra theo kế hoạch, kính viễn vọng Euclid sẽ quét hàng tỷ thiên hà, lục soát qua 10 tỷ năm thời gian vũ trụ. Nó sẽ cung cấp cho các nhà thiên văn học dữ liệu cần thiết để hiểu rõ hơn về hai bí ẩn lớn: vật chất tối và năng lượng tối.

“Euclid không chỉ là một kính viễn vọng không gian. Nó thực sự là một bộ cảm biến năng lượng tối,” nói René Laureijs, nhà khoa học dự án của nhiệm vụ, tại cuộc họp báo vào tuần trước.

Sau hơn một thập kỷ làm việc chăm chỉ, Cơ quan Không gian Châu Âu, hay ESA, đang lên kế hoạch cho việc phóng lên lúc 11:11 giờ địa phương vào ngày 1 tháng 7 từ Cape Canaveral, Florida. Tên lửa SpaceX Falcon 9 sẽ mang theo tàu vào không gian. (Cơ quan sẽ phát sóng trực tiếp việc phóng tàu tại đây, và họ dự trữ Chủ Nhật làm ngày phóng dự phòng.)

Euclid sẽ khảo sát hơn một phần ba của bầu trời—gần như mọi thứ có thể được đồng bộ mà không cần phải chỉnh kính viễn vọng qua đĩa của Dải Ngân Hà của chúng ta. Phạm vi này sẽ cho phép các nhà khoa học nghiên cứu chi tiết tinh xảo về việc sự mở rộng của vũ trụ của chúng ta đã gia tốc như thế nào, có lẽ được thúc đẩy bởi một hiện tượng vô hình gọi là năng lượng tối.

Các nhà thiên văn học chỉ thực sự hiểu được khoảng 5 phần trăm của vũ trụ, các nguyên tử tạo nên vật chất thông thường—từ các ngôi sao đến các hành tinh, và từ con người đến cái lò nướng. Nhưng theo nghiên cứu sử dụng Planck, một kính viễn vọng không gian ESA khác, khoảng 25 phần trăm của vũ trụ là vật chất tối, bộ xương cáo ẩn của vũ trụ quyết định nơi và cách mà các thiên hà hình thành. Phần còn lại là năng lượng tối, một lực đẩy vô hình—và giả thiết—định hình sự tiến hóa của vũ trụ bằng cách đẩy chúng xa nhau. Vài tỷ năm trước, năng lượng tối trở thành thành phần chiếm ưu thế của vũ trụ, đảm bảo không chỉ vũ trụ tiếp tục phình to, mà còn tăng tốc độ mở rộng của nó.

Một lượng quan trọng mà Laureijs và đồng nghiệp muốn điều tra được gọi là w, hoặc tỷ lệ giữa áp suất của năng lượng tối của vũ trụ đến mật độ của nó. Einstein giả thuyết về một “hằng số thiên văn học,” hoặc ý niệm rằng vũ trụ được lấp đầy bởi không gian trống, mà vẫn có năng lượng riêng và liên kết với trọng lực. Nếu lý thuyết đó đúng, thì áp suất của năng lượng tối nên bằng với âm của mật độ năng lượng. Nói cách khác, nếu năng lượng tối là hằng số thiên văn học, thì w nên bằng -1.

Cho đến nay, điều này dường như là đúng, nhưng các nghiên cứu với kính viễn vọng trước đây có độ không chắc chắn lớn trong các đo lường của họ. Dữ liệu từ Euclid sẽ cho thấy liệu một hằng số thiên văn học có phải là giải thích đúng cho việc gia tốc của vũ trụ bằng cách tạo ra các đo lường chính xác hơn cho w và xem xét xem nó có phải là điều gì khác ngoài -1 hay không. Nó cũng sẽ cho thấy liệu w đã thay đổi qua lịch sử vũ trụ.

“Chúng tôi đang nghiên cứu những câu hỏi cơ bản nhất về vũ trụ,” Carole Mundell, giám đốc khoa học của ESA, nói. “Những gì nhiệm vụ này sẽ làm cho chúng tôi với độ chính xác tuyệt vời là cho phép chúng ta vẽ bản đồ cấu trúc vũ trụ và lịch sử mở rộng của nó.”

Sau khi Euclid phóng đi, nó sẽ di chuyển đến một điểm gọi là điểm Lagrange 2, khoảng 1,5 triệu kilomet từ Trái Đất, nơi kính viễn vọng sẽ có tầm nhìn rõ ràng về không gian sâu trong khi vẫn có thể liên lạc với nhà thiên văn học và tận hưởng ánh nắng mặt trời liên tục trên các tấm pin mặt trời của nó. Kính viễn vọng được trang bị hai dụng cụ sẽ được sử dụng đồng thời: một máy ảnh sóng nhìn có 36 cảm biến nhạy gọi là thiết bị nạp điện cặp, để đo đạc hình dạng của hàng tỷ thiên hà, và một máy phổ cận hồng ngoại và máy đo ánh sáng, với 16 cảm biến sẽ cung cấp một lĩnh vực hồng ngoại lớn hơn bất kỳ kính viễn vọng không gian nào khác. Euclid sẽ bắt đầu nhiệm vụ khoa học của mình sau ít tháng kiểm tra và hiệu chuẩn các dụng cụ đó.

Nó sẽ chia sẻ một vị trí đậu ngoại cung L2 gần Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA, nhưng “nó có phần ngược lại so với JWST. Thay vì tập trung vào một phần nhỏ rất nhỏ của bầu trời, mục tiêu chính của Euclid là mở rộng ra và nhìn xuyên suốt một phần lớn của bầu trời,” Mark McCaughrean, cố vấn cấp cao của ESA cho khoa học và khám phá, nói. Khác với kính viễn vọng JWST và Hubble, Euclid sẽ không phóng zoom vào các đối tượng độc đáo, mà sẽ nhận được một cái nhìn toàn cảnh. “Đây là một nhiệm vụ thống kê. Mục tiêu là đắm mình trong rất nhiều dữ liệu và rất nhiều thiên hà, sau đó bạn có thể bắt đầu phân tích ra các tín hiệu tinh tế,” McCaughrean nói.

Nhóm các nhà thiên văn học trên đội Euclid dự định thực hiện hai loại đo lường quan trọng, đều liên quan nặng nề đến thống kê. Đo lường đầu tiên sẽ là đo lường ảnh hưởng lăng kính mờ yếu, xảy ra khi trọng lực của các đối tượng khổng lồ—chủ yếu là vật chất tối—nhẹ nhàng uốn cong ánh sáng đến từ các thiên hà xa hơn, làm méo mó hình ảnh của chúng. Nó chỉ có thể được nghiên cứu bằng các danh mục chứa rất nhiều thiên hà.

Điều đó cũng áp dụng khi nghiên cứu dao động âm thanh cơ bản của baryon. Trong vũ trụ nguyên thủy, sóng âm truyền qua vật chất bình thường—một hỗn hợp của hạt và bức xạ. Điều này tạo ra một mẫu có thể đo được trong phân phối mật độ của các thiên hà khi chúng hình thành. Nghiên cứu các mẫu để lại từ những dao động này ở nhiều bức ảnh trong thời gian vũ trụ sẽ giúp các nhà khoa học Euclid hiểu rõ hơn về sự mở rộng của vũ trụ và bản chất của năng lượng tối.

Để tiến triển trong thống kê như vậy, các dụng cụ của Euclid sẽ thu thập lượng dữ liệu lớn, với chất lượng hình ảnh tương tự như Hubble nhưng bao phủ 15.000 độ vuông của bầu trời. Luca Valenziano, một nhà vũ trụ học tại Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia Italy và thành viên của Euclid, nói rằng việc này sẽ mất hàng thế kỷ để làm bằng Hubble. “Đây là tiềm năng không tưởng, và chỉ Euclid mới có thể làm được điều đó vì nó có thể khám phá bầu trời hồng ngoại, mà không thể tiếp cận từ mặt đất,” ông nói.

Sử dụng hồng ngoại là cách quan trọng mà Euclid sẽ khác biệt so với kính viễn vọng khảo sát trên mặt đất, như Dark Energy Survey, Dark Energy Spectroscopic Instrument và Trạm quan sát Vera Rubin sắp tới. Kính viễn vọng trên Trái Đất không thể quan sát được hầu hết bước sóng hồng ngoại, vì khí quyển ngăn chặn chúng. Nhưng kính viễn vọng không gian như Euclid và JWST có thể, miễn là chúng được làm lạnh đủ. (Ánh sáng hồng ngoại về cơ bản là bức xạ nhiệt.) Các dụng cụ hồng ngoại cho phép Euclid xuyên qua đám mây bụi khi khám phá các thiên hà, và cho phép đi sâu hơn vào quá khứ của vũ trụ.

Trong những năm gần đây, các nhà thiên văn học như Mat Madhavacheril đã sử dụng Kính viễn vọng Vũ trụ Atacama để nghiên cứu câu hỏi lớn nhất liên quan đến sự mở rộng của vũ trụ: Tại sao tỷ lệ mở rộng được đo thấy có vẻ khác nhau một chút khi sử dụng các dụng cụ khảo sát vũ trụ xa so với khi sử dụng các đối tượng gần như các vụ nổ siêu tân tinh. Euclid có thể giúp giải quyết câu đố cuối cùng này, ông nói, bởi vì nó sẽ là công cụ mạnh mẽ nhất của họ cho đến nay, có khả năng ánh xạ hệ thống một phạm vi rộng của vũ trụ. “Euclid có rất nhiều điều để cung cấp. Chúng tôi rất hào hứng về điều đó, và khi dữ liệu của Euclid được công khai, chúng tôi sẽ bắt đầu nghiên cứu ngay,” ông nói.