Nhà Thiên Văn Học Ra Mắt Bản Đồ Vũ Trụ Lớn Nhất Đến Nay

Sau chỉ bảy tháng, một đội ngũ lớn các nhà khoa học làm việc với Thiết Bị Quang Phổ Năng Lượng Tối đã vẽ một phần lớn hơn của vũ trụ so với tất cả các cuộc khảo sát 3D khác kết hợp. Và vì họ chỉ mới hoàn thành 10% nhiệm vụ 5 năm của mình, còn rất nhiều điều để đến.

DESI, pronounced like Desi Arnaz’s name, has revealed a spectacular cosmic web of more than 7.5 million galaxies, and it will scan up to 40 million. The instrument is funded by the US Department of Energy and installed at the Nicholas U. Mayall 4-meter Telescope at Kitt Peak National Observatory near Tucson, Arizona. It measures the precise distances of galaxies from Earth and their emitted light at a range of wavelengths, achieving quantity and quality at the same time. It will eventually cover some 14,000 square degrees, about one third of the sky. The science gained from parsing the data is yet to come, but it will especially aid astrophysicists as they investigate how the universe is expanding.

“Đây thực sự là một cuộc phiêu lưu tuyệt vời. Chúng tôi đã có thể tiếp tục bất chấp đại dịch. Chúng tôi đã phải đóng cửa trong vài tháng và sau đó chúng tôi đã thích ứng,” nói Julien Guy, nhà khoa học dự án DESI tại Viện Nghiên cứu Quốc gia Lawrence Berkeley, tổ chức dẫn đầu của cuộc hợp tác. Bây giờ quan sát và xử lý dữ liệu đều tự động hóa; mỗi buổi sáng các nhà khoa học nhận được dữ liệu về hàng chục nghìn ngân hà thu thập qua đêm, anh ấy nói.

“Điều tuyệt vời làm thế nào thiết bị này hoạt động và được thiết kế để đo được khoảng cách đến những dải ngân hà này. Nó là một máy mũi máy cực kỳ hiệu quả để thu hoạch chúng một cách mà ngay cả hai thập kỷ trước đây cũng đã khiến bạn kinh ngạc,” nói Jason Rhodes, một nhà nghiên cứu tại Trung tâm Lập kế hoạch Không gian ở Pasadena đang làm việc trên kính thiên văn không gian để vẽ bản đồ các ngân hà trong vũ trụ sớm.

DESI thực sự bao gồm nhiều thiết bị được lắp đặt trong nóc 14 tầng của kính thiên văn. Mặt tiêu cự tròn đặt gần đỉnh, và nó được tạo thành từ 10 cánh hoa hình nón, mỗi cánh có 500 con robot nhỏ. Chúng là những gì giúp cho bản đồ thiên hà của thiết bị: Những động cơ robot nhỏ kích thước bút chì này đặt các sợi quang học cần được đặt chính xác trong khoảng 10 micron—ít hơn cả độ dày của một sợi tóc con người. Điều này giúp thiết bị thu thập dữ liệu chính xác về 5,000 ngân hà cùng một lúc. Sau đó, kính thiên văn chuyển sang khu vực khác của bầu trời đêm và bắt đầu công việc trên 5,000 ngân hà tiếp theo. Ngược lại, ở một trong những phiên bản trước của DESI, Bảng khảo sát Thiên văn số Sloan, đặt tại một kính thiên văn ở miền Nam New Mexico, các nhà khoa học đã phải khoan thủ công lỗ vào một đĩa nhôm tròn tại trung tâm của kính thiên văn cho mỗi bộ đo, và họ đã cắm sợi quang vào từng ngân hà mà họ muốn quan sát.

Ở đáy của kính thiên văn là các máy phổ của DESI, giúp phân giải ánh sáng từ mỗi ngân hà thành quang phổ màu sắc đầy đủ, giống như cầu vồng. Điều này cho phép họ đo lường “dịch chuyển màu đỏ” của mỗi ngân hà, giúp các nhà khoa học biết chính xác nó ở xa như thế nào. (Ánh sáng từ những vật thể đang di chuyển khỏi Trái Đất khi vũ trụ mở rộng trông đỏ hơn đối với chúng ta do bước sóng dài hơn.) 

Với dữ liệu mà Guy và đội của anh đã có sẵn, họ có thể thấy cấu trúc phức tạp, giống như mạng lưới, của các ngân hà, mà họ đang đo lường ra hơn 10 tỷ năm ánh sáng — có nghĩa là họ đang thu được ánh sáng được phát ra khi vũ trụ chỉ mới hơn một nửa so với tuổi nó hiện tại. Khi bạn nhìn lên bầu trời vào một đêm trong xanh, bạn chỉ có thể nhìn thấy toàn bộ phạm vi của Dải Ngân Hà bằng cách quét toàn bộ bầu trời, không chỉ nhìn thấy một vài ngôi sao. Tương tự, DESI khám phá ra những cấu trúc vũ trụ này chỉ bằng cách theo dõi một cách có hệ thống số lượng lớn ngân hà trên một diện rộng của bầu trời.

“Dự án này có một mục tiêu khoa học cụ thể: đo chính xác sự mở rộng gia tốc của vũ trụ,” Guy nói. Anh ấy nhắc đến “năng lượng tối,” một điều bí ẩn và phổ biến cùng một lúc, được cho là chiếm khoảng 70% vũ trụ và làm cho nó mở rộng nhanh hơn và nhanh hơn. Guy và đồng nghiệp của anh ấy hy vọng làm sáng tỏ điều năng lượng tối thực sự là gì. Khảo sát của họ cũng có thể cuối cùng giải quyết vấn đề về thiên văn học đang nổi lên: Những nhà khoa học đo tốc độ mở rộng trong vũ trụ gần đây—khi nó gần như đến tuổi hiện tại của nó—và những người đo tốc độ mở rộng của vũ trụ khi nó còn ở thời kỳ mới sinh ra đều có câu trả lời khác nhau. Không ai biết cách giải thích sự không nhất quán kiên định đó, nhưng nếu DESI chỉ ra rằng năng lượng tối nào đó thay đổi, điều đó có thể giải quyết vấn đề.

Guy và đội của anh lên kế hoạch phát hành dữ liệu DESI đầu tiên của họ vào năm 2023. Bộ dữ liệu lớn đó sẽ cho phép nhiều nhà khoa học thử nghiệm nghiên cứu hàng triệu ngân hà, đồng thời phát triển các thống kê và công cụ học máy mới. “Tôi tò mò về những gì bạn có thể làm với trí tuệ nhân tạo hoặc học sâu với một lượng lớn dữ liệu như vậy. Bạn có thể tìm thấy điều gì đó đặc biệt không ngờ. Đó là điều tôi hứng thú,” nói Shirley Ho, một nhà vật lý thiên văn tại Viện Flatiron ở New York City và một nghiên cứu viên trước đây của Khảo sát Thiên văn số Sloan.

Trong vài năm tới, DESI sẽ không phải là bản đồ thiên hà lớn duy nhất ở đây. Bắt đầu từ năm sau, Đài quan sát Vera Rubin do Quỹ Khoa học Quốc gia tài trợ, được xây dựng trên một ngọn núi khô ở phía bắc Chile, sẽ liệt kê hàng tỷ ngân hà, nhưng với độ chính xác ít hơn. Những nhà thiên văn học cũng đang chuẩn bị cho tàu vũ trụ Euclid của Cơ quan Không gian Châu Âu, dự kiến ra mắt vào năm 2023, và Kính thiên văn vũ trụ Nancy Grace Roman của NASA, dự kiến phóng vào năm 2027. Cả hai đều mang theo các công cụ để đo khoảng cách và quang phổ của các ngân hà, và chúng sẽ vẽ bản đồ chúng ra ngoài phạm vi nhìn thấy của DESI, ở các khu vực của vũ trụ sâu hơn, được hình thành khi nó chỉ mới vài tỷ năm tuổi—một đứa trẻ, nói về mặt vũ trụ học. “Cả Euclid và Roman đều đặt niềm tin vào DESI để có được vũ trụ gần đây. Họ sẽ xây dựng trên những gì DESI đang làm một cách thú vị,” Rhodes nói.

Đối với Ho, DESI và các bản đồ vũ trụ khổng lồ khác làm nổi bật sự nhỏ bé của con người trong vũ trụ. “Việc chúng ta có thể nhìn thấy nhiều ngân hà như vậy là một thành tựu. Nhưng mỗi ngân hà đó có một tỷ sao, và mỗi ngôi sao đó có thể có một hệ thống như của chúng ta,” cô nói. “Tôi nghĩ đó là một trải nghiệm khiêm tốn khi nhận ra chúng ta làm thế nào là không đáng kể.”

Cập nhật 01/13/2022 1:00 PM ET: Câu chuyện này đã được cập nhật với diện tích chính xác của bầu trời DESI sẽ bao phủ khi hoàn thành.

• 📩 Những thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học, và nhiều hơn nữa: Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi!
• Hành trình để bắt CO₂ trong đá—và đánh bại biến đổi khí hậu
• Có thể việc trở lạnh thực sự là điều tốt cho bạn?
• Chiếc máy cày tự lái của John Deere khiến cho cuộc tranh luận về Trí tuệ Nhân tạo nảy lên
• 18 chiếc ô tô điện tuyệt vời sẽ ra mắt trong năm nay
• 6 cách để xóa bản thân khỏi internet
• 👁️ Khám phá Trí tuệ Nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 🏃🏽‍♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để trở nên khỏe mạnh? Kiểm tra những lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho bộ theo dõi sức khỏe tốt nhất, đồ chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất