Buzz
Con người luôn đầu tư không ngừng vào những công nghệ quan sát vũ trụ hiện đại, nhưng thật kỳ lạ, vũ trụ đã ban tặng cho chúng ta một công cụ quan sát mạnh mẽ đến mức ngay cả những kính viễn vọng tối tân cũng phải tôn trọng.
Công cụ này không được làm từ kim loại hay gương kính, mà nó tồn tại dưới dạng những cấu trúc vĩ đại của vũ trụ. Các nhà khoa học gọi nó là thấu kính hấp dẫn, một thuật ngữ mang đầy vẻ huyền bí.
Điều thú vị là hiện tượng này đã được Einstein dự đoán từ hơn một thế kỷ trước, khi ông đang miệt mài với những phép tính của thuyết tương đối rộng.
Mới đây, khi đọc các báo cáo nghiên cứu, đặc biệt là về thiên hà JD1 trên tạp chí Nature, nhiều nhà thiên văn học đã ví thấu kính hấp dẫn như một siêu kính viễn vọng miễn phí mà vũ trụ đã tự thiết kế.
So sánh này không hề quá lời, vì nhờ vào hiệu ứng bẻ cong ánh sáng của trọng lực, các cụm thiên hà khổng lồ có thể phóng đại hình ảnh của những thiên thể ở xa, khiến chúng ta có thể quan sát được những vật thể tưởng chừng không thể thấy. Những hình ảnh từ xa xôi ấy được kéo dài, phóng đại và hướng thẳng vào những thiết bị quan sát đang hoạt động trên Trái Đất.
Hiện tượng này hoạt động giống như chiếc kính lúp mà chúng ta thường cầm khi còn nhỏ, nhưng thay vì tập trung ánh sáng mặt trời, nó lại tập trung vào cả không gian và thời gian.
Điển hình cho sức mạnh của thấu kính hấp dẫn là trường hợp của thiên hà JD1. Dấu vết mờ nhạt của thiên thể này lần đầu được phát hiện vào năm 2012, nhưng do ánh sáng quá yếu, các nhà khoa học không thể xác định rõ bản chất của nó.
Mọi thứ thay đổi khi Kính viễn vọng Webb đưa ống kính hướng về khu vực không gian đó. Một cụm thiên hà khổng lồ nằm giữa Webb và JD1 đã tạo ra hiệu ứng thấu kính, phóng đại ánh sáng từ JD1 lên 13 lần, làm hình ảnh của nó trở nên rõ nét và chi tiết hơn nhiều.
Nếu muốn so sánh, không có thấu kính hấp dẫn, việc nhìn thấy JD1 giống như cố gắng quan sát bước chân của con kiến dưới bóng râm. Nhưng khi có chiếc kính lúp phù hợp, mọi chi tiết nhỏ nhất đều hiện ra rõ ràng.
Quan sát này trở nên ấn tượng hơn khi các nhà nghiên cứu xác định tuổi của ánh sáng phát ra từ JD1. Tính toán cho thấy ánh sáng này đã rời khỏi thiên hà khi vũ trụ mới chỉ 480 triệu năm tuổi, tức là một đứa trẻ sơ sinh so với tuổi thọ 13,8 tỷ năm của vũ trụ hiện nay.
Điều này có nghĩa là khi chúng ta nhìn vào JD1, chúng ta đang nhìn vào lịch sử vũ trụ trong giai đoạn rất sơ khai, khi những thiên hà đầu tiên chỉ mới bắt đầu hình thành những ngôi sao trẻ nhất. Các quang phổ thu được từ JD1 giống như một tấm căn cước, tiết lộ số lượng các nguyên tố nặng, tốc độ chuyển động và cấu trúc của nó.
Đây là những bằng chứng thuyết phục giúp các nhà thiên văn khẳng định JD1 là một trong những thiên hà cổ xưa nhất mà con người từng quan sát.
Không chỉ cổ xưa, thiên hà JD1 còn có vẻ ngoài rất bình dị và bất ngờ. Khối lượng và kích thước của nó nhỏ hơn rất nhiều so với Dải Ngân Hà, hình dạng cũng khá hỗn loạn và thiếu trật tự. Tuy nhiên, chính sự mờ nhạt ấy lại là điều khiến các nhà khoa học cảm thấy thú vị.
Trong nhiều năm qua, những thiên hà xa xôi mà chúng ta quan sát được thường là những thiên hà sáng nhất, lớn nhất, và có cấu trúc ổn định. Nhưng đó chỉ là những ngoại lệ. Sự thật là phần lớn các thiên hà sơ khai trong vũ trụ đều nhỏ bé và mờ nhạt như JD1.
Chính những ánh sáng khiêm tốn nhưng ổn định từ những thiên hà như vậy đã giúp xé tan lớp sương mù hydro trung tính bao phủ vũ trụ thời kỳ đầu, mở ra một giai đoạn được gọi là tái ion hóa, khi ánh sáng có thể lan tỏa và hình thành nên vũ trụ rộng lớn như ngày nay.
Một đặc điểm nổi bật khác của JD1 là nó bị bao phủ bởi một lớp hydro trung hòa. Trong giai đoạn đầu của vũ trụ, lớp hydro này giống như lớp hơi nước dày phủ kín một chiếc bánh bao nóng, khiến các thế hệ kính thiên văn trước đây gần như không thể xuyên qua để nhìn thấy cấu trúc bên trong.
Tuy nhiên, sự kết hợp sức mạnh của Webb và thấu kính hấp dẫn đã giúp xuyên thủng lớp sương mù đó, mang đến cái nhìn chi tiết chưa từng có về một thiên hà nhỏ bé từ 13 tỷ năm trước. Đây là một bước tiến quan trọng, mở ra cơ hội tìm kiếm những thiên hà còn cổ xưa hơn, có thể là nơi bắt đầu của những ngôi sao đầu tiên trong lịch sử vũ trụ.
Câu chuyện khoa học đột phá này khiến nhiều người tò mò về cảm xúc của Einstein nếu như ông có thể chứng kiến những sự kiện đang diễn ra hôm nay. Khi dự đoán ánh sáng bị bẻ cong bởi trọng lực trong thuyết tương đối rộng, ông từng cho rằng hiện tượng này quá nhỏ và khó xảy ra, khó có thể quan sát bằng dụng cụ của thời đại ông.
Nhưng chỉ một thế kỷ sau, điều này không chỉ được ghi nhận, mà còn trở thành công cụ quan trọng để nhìn về thời kỳ vũ trụ còn non trẻ. Người ta vẫn thường nói những điều tưởng chừng xa vời cuối cùng cũng trở thành hiện thực, và hiệu ứng thấu kính hấp dẫn của Einstein chính là minh chứng rõ ràng nhất.
Trong các phòng thí nghiệm, các nhà khoa học không chỉ quan sát mà còn cảm nhận được ý nghĩa sâu sắc của những phát hiện này. Một nhà nghiên cứu chia sẻ rằng ông đã dành suốt ba tháng liên tục để xử lý dữ liệu quang phổ của JD1.
Khi con số 480 triệu năm hiện lên trên màn hình, bàn tay ông run rẩy vì xúc động. Với ông, đó như một khoảnh khắc chạm tay vào lịch sử vũ trụ, như thể ông đang bắt tay với một phần ký ức đã tồn tại từ 13 tỷ năm trước. Cảm xúc ấy là điều mà bất kỳ ai theo đuổi thiên văn học đều mong ước có thể trải nghiệm một lần trong đời.
Hiện nay, các kính viễn vọng hàng đầu như Webb vẫn đang khai thác tối đa khả năng của thấu kính hấp dẫn để tìm kiếm thêm những thiên hà cổ xưa. Mỗi lần phát hiện mới đều là một bước tiến, giúp chúng ta ghép thêm mảnh ghép vào bức tranh vĩ đại về nguồn gốc vũ trụ.
Có lẽ, trong tương lai không xa, chúng ta sẽ có thể quan sát trực tiếp những thiên hà đầu tiên được hình thành sau Vụ Nổ Lớn. Chỉ riêng suy nghĩ này cũng đủ khiến bất kỳ ai đam mê vũ trụ phải rùng mình vì phấn khích.
