Trung Quốc thử nghiệm thành công kính viễn vọng không gian 'mắt tôm hùm' đầu tiên trên toàn cầu

Trung Quốc đã thử nghiệm thành công kính viễn vọng không gian 'mắt tôm hùm' đầu tiên trên thế giới, cho phép các nhà khoa học chụp ảnh các nguồn tia X của vũ trụ với hiệu quả chưa từng có.

Tại độ cao 500km so với bề mặt Trái đất, kính viễn vọng Lobster Eye Imager for Astronomy (LEIA) đã chụp những bức ảnh chất lượng cao về nguồn tia X - bao gồm cả ở trung tâm của thiên hà, thiên hà Đám mây Magellan và chòm sao Scorpius. Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal Letters.

'Chúng tôi rất vui mừng về thành công của LEIA. Họ đã chứng minh rằng công nghệ của chúng tôi hiệu quả và độ chính xác vượt xa mong đợi', nhà vật lý thiên văn Yuan Weimin, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu vận hành kính LEIA tại Đài quan sát thiên văn quốc gia ở Bắc Kinh, cho biết. Kính LEIA cũng là kính viễn vọng đầu tiên áp dụng công nghệ 'mắt tôm hùm' để theo dõi và quan sát tia X.

Tia X được cho là rất khó để theo dõi và nghiên cứu do tính chất khó phản xạ và hội tụ cao của chúng. Theo Yuan Weimin, hiện tại thế giới chưa có kính viễn vọng tia X nào có thể chụp ảnh có độ phân giải cao trên một vùng trời đủ lớn.

Một số kính viễn vọng tia X có thể quét bầu trời trong vài giờ, nhưng chỉ nhìn thấy những nguồn sáng nhất. Trong khi đó, các kính viễn vọng khác chỉ có thể quan sát chính xác một nguồn cụ thể duy nhất.

Vấn đề này buộc các nhà khoa học phải tìm ra một giải pháp thích hợp. Thú vị thay, giải pháp đó lại xuất phát từ các sinh vật dưới biển.

Phát triển kính viễn vọng dựa trên đặc điểm của tôm hùm

Vào những năm 1970, các nhà sinh vật học đã khám phá ra cách các loài giáp xác như tôm hùm và tôm đã phát triển mắt của chúng để thích nghi với môi trường sống âm u dưới nước.

Mắt tôm hùm gồm nhiều ống hình vuông nhỏ, tất cả đều hướng về cùng một tâm hình cầu. Cấu trúc này cho phép ánh sáng từ mọi hướng phản xạ bên trong các ống và hội tụ trên võng mạc. Điều này cung cấp cho tôm hùm một tầm nhìn không gian rộng lớn. Nhà thiên văn học người Mỹ Roger Angel đã đề xuất áp dụng một cơ chế tương tự để giúp các kính viễn vọng tia X có thể quan sát rộng và sâu cùng một lúc.

Tuy nhiên, vào thời điểm đó, việc thực hiện ý tưởng của ông gặp nhiều thách thức kỹ thuật. Cho đến gần đây, khi các công nghệ vi xử lý đã tiên tiến, một kỹ thuật gọi là quang học vi lỗ đã trở nên khả thi khi phát triển thành công, trước khi được tích hợp vào kính LEIA.

Đáng chú ý, công nghệ này cũng sẽ được ứng dụng trên Einstein Probe, một kính viễn vọng lớn hơn nhiều đang được phát triển bởi các nhà khoa học Trung Quốc và châu Âu, dự kiến sẽ được đưa vào quỹ đạo vào cuối năm nay để cải thiện hiểu biết của chúng ta về tia X trong vũ trụ.

Theo đó, kính viễn vọng trên kính Einstein Probe dự kiến sẽ bao gồm 12 mô-đun, mỗi mô-đun chứa hơn 30 triệu lỗ vuông nhỏ. Các lỗ nhỏ này có kích thước 40 micromet, được bố trí dọc theo cạnh và phủ một lớp iridi siêu mỏng để tăng độ phản xạ.

'Bề mặt của lỗ vuông phải cực kỳ phẳng và mịn, với sai số dưới một nanomet', Yuan cho biết. Nhóm của ông và các kỹ sư từ North Night Vision Technology, một công ty tại Nam Kinh, đã mất một thập kỷ để phát triển công nghệ 'mắt tôm hùm'.

Nhờ thiết kế này, kính viễn vọng Einstein Probe có thể nhìn thấy một vùng trời rộng bằng 10.000 mặt trăng tròn. Để so sánh, kính viễn vọng tia X hàng đầu của NASA - Chandra - chỉ có thể chụp được những hình ảnh nhỏ hơn kích thước của một mặt trăng tròn trên bầu trời.

Nhóm cũng đã phát triển cảm biến bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) để chuyển đổi tia X thành tín hiệu điện để xử lý kỹ thuật số.

Mặc dù cảm biến CMOS đã được áp dụng rộng rãi trong máy ảnh điện thoại di động, nhưng 'có lẽ đây là lần đầu tiên chúng được sử dụng để phát hiện tia X trong không gian', Yuan nói. Ông cho biết, so với cảm biến CCD (thiết bị kết hợp điện tích) truyền thống, cảm biến CMOS rẻ hơn nhiều, ít yêu cầu làm mát hơn và có tốc độ xuất dữ liệu nhanh.

Kính viễn vọng Einstein Probe sau khi phóng lên quỹ đạo sẽ có khả năng phát hiện ra một số lượng lớn sự kiện vũ trụ năng lượng cao yếu ớt hoặc ở xa. Nó cũng sẽ là một yếu tố thay đổi cách chúng ta nghiên cứu về các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của hầu hết các thiên hà.

Yuan cho biết quá trình phát triển kính viễn vọng đã bị trì hoãn một năm vì đại dịch, nhưng đã trở lại đúng hướng cho lần phóng lên quỹ đạo, dự kiến diễn ra vào cuối năm 2023.

Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và Viện Vật lý Ngoài Trái đất Max Planck ở Đức đã cung cấp các trang thiết bị cho sứ mệnh trị giá 780 triệu nhân dân tệ (111,6 triệu USD) này. Yuan cho biết dữ liệu quan sát sẽ được chia sẻ với các nhà khoa học ở châu Âu và các nơi khác.

Ông Yuan cũng cho hay, mặc dù các nhà khoa học ở Hoa Kỳ, Châu Âu và Nhật Bản đã đề xuất các dự án tương tự, nhưng chưa có dự án nào ở giai đoạn thiết kế như vậy.

'Khi kính viễn vọng Einstein Probe được phóng lên, nó sẽ không có nhiều đối thủ cạnh tranh.'

Theo Yuan, tuổi thọ thiết kế của kính viễn vọng này dự kiến là ba năm, nhưng nhóm nghiên cứu đang hướng tới mục tiêu là 5 năm.

Tham khảo SCMP