Với kính hồng ngoại Euclid, khoa học sẽ giải mã hai bí ẩn về vật chất tối và năng lượng tối

Kính hồng ngoại Euclid đã lên không thành công, mang theo hi vọng khám phá bí ẩn của vật lý thiên văn.

Một dự án khám phá không gian mới vừa được phóng, nắm bắt tiềm năng giải đáp những bí ẩn to lớn trong thiên văn học.

Trong vòng 6 năm tới, Kính viễn vọng Euclid dự kiến sẽ khảo sát hàng tỷ thiên hà, cẩn trọng tìm hiểu xem 10 tỷ năm vũ trụ vừa qua chứa đựng điều gì. Dữ liệu thu được sẽ hỗ trợ quá trình giải mã hai bí ẩn quan trọng, là vật chất tối và năng lượng tối.

“Euclid không chỉ là một kính viễn vọng. Nó còn là công cụ phát hiện năng lượng tối”, René Laureijs, một nhà khoa học trong dự án, chia sẻ với truyền thông.

Sau hơn một thập kỷ phát triển, Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA) đã hoàn thành Euclid và phóng nó lên không gian vào ngày 1/7 gần đây. Trên tên lửa Falcon 9 của SpaceX, Euclid tiến về không gian băng giá, chờ đợi cuộc gặp gỡ với định mệnh.

Euclid sẽ khảo sát một khu vực rộng lớn của không gian, hỗ trợ các nhà khoa học tính toán chính xác hơn về tốc độ giãn nở tịnh tiến của vũ trụ. Theo lý thuyết, tác động của năng lượng tối được coi là nguyên nhân chính gây ra sự giãn nở của vũ trụ.

Tuy nhiên, thực tế chỉ có 5% vũ trụ được các nhà vật lý hiểu biết - đó là những hạt tạo nên vật chất thường gặp, từ sao tới hành tinh, từ động vật đến linh trưởng. Dựa trên nghiên cứu từ vệ tinh Planck của ESA, khoảng 25% vũ trụ là vật chất tối - một hệ thống 'giàn giáo' quyết định vị trí và cơ chế hình thành thiên hà.

Phần lớn còn lại là năng lượng tối - một lực hiện diện chỉ trên giấy - đang đẩy vũ trụ giãn nở ở mọi phương. Hàng tỷ năm trước, năng lượng tối chiếm vị trí quan trọng trong vũ trụ, gây ra sự mở rộng và tăng tốc độ giãn nở.

Một đại lượng quan trọng mà ông Laureijs và đồng nghiệp quan tâm là “w”, tỷ lệ giữa áp suất của năng lượng tối và độ đặc của vũ trụ. Einstein đã đề xuất ý tưởng về một “hằng số vũ trụ”, nghĩa là vũ trụ chủ yếu là không gian trống, chứa năng lượng riêng và liên quan mật thiết với lực hấp dẫn.

Nếu giả thuyết này chính xác, áp suất của năng lượng tối sẽ tương đương với phần âm của độ đặc năng lượng. Nói một cách đơn giản, nếu năng lượng tối thực sự là hằng số bí ẩn của vũ trụ, thì w = -1.

Cho đến nay, các nhận định này vẫn là mục tiêu của các dự án như kính viễn vọng Euclid, tuy nhiên các đo đạc trước đây đều chứa quá nhiều biến số. Với dữ liệu mới từ Euclid, các nhà thiên văn học có thể xác định liệu hằng số vũ trụ có phải là lý do vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng tăng. Đại lượng w sẽ được xác định chính xác hơn và xem nó có bằng -1 hay không. Đồng thời, Euclid sẽ giúp các nhà nghiên cứu quan sát sự biến thiên của đại lượng w trong quá trình phát triển của vũ trụ.

“Chúng tôi đang tìm kiếm câu trả lời cho một trong những vấn đề cơ bản nhất của thiên văn học”, Carole Mundell, giám đốc khoa học của ESA, nói. “Dự án này sẽ mang lại độ chính xác tuyệt vời, giúp chúng tôi tái tạo cấu trúc và quá trình mở rộng của vũ trụ”.

Sau khi tiếp xúc với không gian ngoài trái đất, Euclid sẽ tiến đến điểm Lagrange 2 (L2), cách chúng ta khoảng 1,5 triệu kilomet. Tại đây, kính sẽ quan sát vũ trụ xa xôi và tiếp tục liên lạc dễ dàng với trái đất, đồng thời tận hưởng năng lượng từ Mặt Trời. Trên thiết bị có hai hệ thống hoạt động song song: camera quang học với 36 cảm biến để quan sát hàng tỷ thiên hà và bộ cảm biến hồng ngoại với 16 cảm biến để khám phá không gian rộng lớn. Euclid sẽ hoạt động chính thức tại L2 vào quý 4 năm nay, sau khi được điều chỉnh trong vài tháng.

Điểm Lagrange 2 sẽ là nơi quen thuộc với những người yêu thiên văn học. Euclid sẽ hoạt động gần Thiết bị thiên văn Không gian James Webb (JWST) của NASA, nhưng chúng có mục tiêu và chức năng khác biệt. Thay vì tập trung vào một thiên thể như JWST, Euclid sẽ quan sát một vùng không gian lớn. “Dự án này chủ yếu là một sứ mệnh thống kê. Mục tiêu là thu thập dữ liệu về thiên hà và phát hiện các tín hiệu nhỏ”, Mark McCaughrean, cố vấn khoa học cho ESA, cho biết.

Các nhà khoa học của dự án Euclid đặt ra hai mục tiêu quan trọng liên quan đến thống kê. Đầu tiên là đo lường hiệu ứng thấu kính hấp dẫn yếu, xuất phát từ lực hấp dẫn của các vật thể lớn, chủ yếu là vật chất tối, gây biến dạng ánh sáng từ các thiên hà đằng sau chúng.

Ngoài ra, họ sẽ nghiên cứu dao động sóng âm của baryon. Trong giai đoạn đầu của vũ trụ, sóng âm thanh di chuyển qua vật chất thường, bao gồm cả hạt và bức xạ, tạo ra các mẫu hình đo đạc của độ đậm đặc của thiên hà khi chúng hình thành. Nhờ nghiên cứu các mẫu hình này, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn về sự mở rộng của vũ trụ và tính chất của năng lượng tối.

Để thực hiện một dự án thống kê quy mô như vậy, kính Euclid sẽ thu thập dữ liệu từ một khu vực trời rộng lớn với góc quan sát lên đến 15.000 độ. Theo nhà vật lý thiên văn Luca Valenziano từ Ý, thành viên của nhóm Euclid, kính Hubble sẽ cần hàng thập kỷ để thu dữ liệu tương tự. “Euclid là thiết bị duy nhất có khả năng khảo sát không gian hồng ngoại, điều này không thể thực hiện từ trái đất”, ông Valenziano nói.

Nhờ công nghệ hồng ngoại, kính Euclid có ưu điểm so với các thiết bị đặt trên mặt đất. Các công cụ trên Trái Đất gặp khó khăn khi quan sát bước sóng hồng ngoại do ảnh hưởng của khí quyển, nhưng trong không gian, các kính như JWST và Euclid có thể thực hiện công việc này. Các cảm biến hồng ngoại trên Euclid giúp quan sát đám mây bụi và thậm chí là nhìn ngược lại quá khứ của vũ trụ.

Trong những năm gần đây, việc giải thích sự mở rộng của vũ trụ đã trở thành một thách thức. Euclid có tiềm năng giúp giải đáp vấn đề này với khả năng quan sát một phần vũ trụ rất lớn.

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, chúng ta sẽ dần dần giải quyết được những bí ẩn khoa học lớn nhất trong lịch sử.

Theo Wired