Vũ trụ không nhìn thấy(4)
Nhìn xa hơn, rõ hơn
Kính thiên vănvũ trụ James Webb sẽ sẵn sàng thaychỗ Hubble vào năm
2014. (Ảnh:NASA/MSFC/David Higginbotham/EmmettGiven)
Những năm sắptới, chúngta sẽ có cơ hội chiêm ngưỡng vũ trụ khôngnhìn
thấyqua các thiết bị hiện có và những tàu khảo sát mới hoạt độngtrongmọi bước
sóng điện từ.
Cột trụ của ngành thiên văn họcvũ trụ hiện nay,kính thiên văn vũ trụ
Hubble,sẽ ngừnghoạt độngvào năm 2014, vào lúc ấy kẻ kế nhiệmcủa nó,Kính
thiên văn vũ trụ James Webb (JWST), sẽ sẵn sàng bay vào quỹ đạo.JWST chủ yếu
hoạt động trongvùnghồng ngoại, bao quát các bướcsóng từ 500 nanomét đến 24
micro mét. Mục tiêu chính của nó sẽ là chụp ảnhcủa nhữnghành tinh cỡ trái đất và
pháthiện ra nhữngthiên hà rất sơ khaitại rìacủa vũ trụ quansát thấy. Đến năm
2020, SPICA, mộtkính thiên văn vũ trụ hồng ngoại hợptác của Nhật Bản-châu Âu,
cũng sẽ đượctriển khai,cùng vớisự vận hành củanhững chiếc kính thiên văn
quanghọc và hồngngoại gần kích thướckhổng lồ trên mặt đất – Kính thiên văn
Cực Lớn của châu Âu, Kínhthiên văn Bamươi mét và Kínhthiên văn Magellan Lớn.
Loạt KínhMili mét Lớn Atacama(ALMA) sẽ bao quátcác bướcsóng từ 0,4
đến 3 milimét và sẽ đi vào hoạtđộng ở Chile vào năm 2012.Nó sẽ khảo sátcác
vùng đang hìnhthành sao trongthiên hà của chúng ta và những thiên hà khácvới
độ phân giải góc và độ nhạy cao.
Xét về tính “khủng”, thì ALMAchẳng thấm vào đâu so với một chiếc kính
thiên văn vô tuyến quốc tế gọi là Ma trận Kilomét Vuông(SKA). Đặt ở Nam Phi
hoặc Australia,nó sẽ liên kết mộtkilo mét vuông dàyđặc các antenvô tuyến với
các trạm thu cách xa tới 3000 km.Tham vọng dành cho SKA quả khiến người ta mê
muội: nó sẽ nghiêncứusự tiếnhóa của vũ trụ và bản chất của vật chấttốivà năng
lượng tối quacác quansát chất khí hydrogentrong một tỉ thiên hà, và thực hiện
các phép đo cơ bản để kiểm tra kiến thứccủa chúng ta về sự hấp dẫn và phát hiện
ra sóng hấp dẫn.
Tại đầutia X củaquangphổ, NASA và các cơ quan vũ trụ châu Âu và Nhật
Bản hiệnđang nghiên cứutính khả thi của mộtĐài thiên văn Tia X Quốc tế (IXO).

Nếu mọi thứ diễn rasuôn sẻ, thì IXO sẽ săm soi qualớp bụibặm và những đám
mây khí tối mịt để khám phávà lập bảnđồ cáclỗ đen siêu khối ngược dòng thời
gian khicác thiênhà mới hìnhthành đầu tiên, và vén màn bíẩn lịch sử và sự phát
triển của vật chất và nănglượng, cả phần nhìn thấyvà phần tối. Nó cũng sẽ nghiên
cứu cácnguyên tố đã được tạo ra khinào và như thế nàovà làm thế nào chúng
phân tán trong môi trườnggiữa cácsao.
Michael Rowan-Robinson, giáo sư thiên văn vật lí tại trường Imperial
College London. Ông là nhà nghiêncứuthiên văn họchồng ngoại và dưới mm,và
vũ trụ học.
Vũ trụ không nhìn thấy (3)
Các sự kiện nóng bỏng, khốc liệt, năng lượng cao
Tia X và tia gammalà sóng điện từ năng lượng cao nhất, với bước sóngbằng
một phần nhỏ của một nanomét hoặcngắn hơn.
Các quansát ở những bước sóng này cho thấy vũ trụ ở cấp độ nóng nhất và
dữ dội nhấtcủa nó. Đâylà một chế độ bùngnổ tia gamma,của chất khí ở nhiệt độ
hàng trăm triệu độ đang xoáy trònxung quanh tàn dư của các ngôi sao đã chết, và
của nhữngvật thể kì lạ như sao lùn trắng,sao neutronvà cáclỗ đen.
Ảnh tia Xcủa mặt trời cho phépchúng ta nhìn thấy tácdụngđặc biệt của
hoạt động mặt trời gây ra bởi các lực từ. (Ảnh:SOHO/NASA/ESA)
Thiên văn học bùng nổ
Tia gammacó bướcsóng ngắnhơn 0,01 nanomét vàđược phát ratrong sự
phân hủy phóngxạ, hoặc bởi các hạtđangchuyển độngở gần tốc độ ánh sáng. Vụ
bùng nổ tia gammađầu tiên đượcphát hiệnra vào năm 1967, bởi các vệ tinh theo
dõi thử vũ khí hạt nhântrong khíquyển.
Đa số các vụ nổ có khả năng xảy rakhi mộtngôi khối lượng lớn, đang quay
nhanh,co lại để tạo thành một lỗ đen, phát ra một chùm hẹp bứcxạ cườngđộ
mạnh,còn những vụ nổ ngắn hơncó thể phátsinh khi hai saoneutron hợp nhất.
Các vụ nổ thường kéo dài trong vài ba giây, với một tia X kéodài lâu hơn và ánh
chói trong vùngnhìn thấy, nhưng cóthể giải phóng năng lượngbằng nănglượng
mà mặt trời chúngta sẽ phát ra trong quãng đời 10tỉ năm của nó.Chúng có thể

nhìn thấy ngay cả từ rìa của vũ trụ nhìn thấy: mới đây, ngườita đã quan sát thấy
các tia gammaphát ra từ một thiên hà cách xa 13 tỉ năm ánhsáng, nghĩa làchúng
được phát ra sauBig Bangchỉ 600triệu năm thôi.
Như đối với tia X, các tia gammabị khí quyển của trái đất hấp thụ. Một sứ
mệnh không gian chuyênbiệt, kính thiên vănSWIFT của NASA, đã nghiêncứu hơn
500 vụ nổ kể từ khi nó được phónglên quỹ đạo hồi năm 2004, trongkhi các thiết
bị mặt đất như HESS ở Namibia,MAGICở quần đảoCanary và VERITASở Arizona
đang dõi mắt tìm kiếm ánhsáng phátra từ những cơn mưa hạthạ nguyên tử có
thời gian sống ngắn sinh rakhi các tiagamma nănglượng cao va chạm với các
nguyêntử trong khí quyển tráiđất.
Các mặt trời tia X
Các ngôisao bình thường phát ra những lượnglớn tia X, như người Mĩ T. R.
Burnightđã phát hiện ra hồi năm 1948 khiông phóng mộttên lửa V2 thugiữ của
Đức,bên trong có chứa mộtcuộn phim, về phía mặt trời. Nhữngtia này chủ yếu
đến từ nhậthoa của mặt trời, lớp vỏ bên ngoài của vùng plasmanóngdễ nhìnthấy
nhất trong kì nhật thực toàn phần, và cũng đến từ những vùng hoạt động đặcbiệt
của đĩa mặt trời.
Các sứ mệnh tia X mặt trời như Đài thiên văn Mặttrời và Nhật quyển (SOHO)
củaNASA, phónglên hồi năm 1995,vàYokhoh,một sứ mệnhhợp táccủa NhậtBản,
Anh vàMĩ, phóng lên vào năm1991, đã có thể quansát các tai lửa mặt trời khi
chúng phát triển. Những tailửa mạnhnhất trong số này có thể mang lại sự phun
trào vậtchất vành nhật hoa, trong đó một cái bọt khổng lồ gồm các hạt năng lượng
cao vàcácđường sức từ bùng nổ rakhỏi mặt trời.Nhữngvụ nổ này có khả năng
gây gián đoạnsự truyền thông tinliên lạckhi chúng đi tới Trái đất, và còn manglại
mốinguy hại bức xạ đốivới các nhà du hành trong bấtkì sứ mệnh liên hànhtinh
có ngườilái nào trongtươnglai.
Những ngôi sao chết
Các tia X vũ trụ bị oxygen vànitrogen trong khí quyển của Trái đất hấp thụ,
nên các kính thiên văn tia X phải được đưalên quỹ đạo. Nguồn phát tia Xnhỏ gọn
đầu tiên, Sco X-1trong chòm saoScorpio (Bọ cạp), đã được tìm thấy trong các

quan sát tên lửa của mặt trăng vào năm 1962.Năm 1970, vệ tinh tia X chuyên dụng
đầu tiên, Uhuru của NASA, được phónglên quỹ đạo.
Nhiều nguồn phát tia X là các hệ saođôi trong đó chất khí đang tuôn ra lấy
bởi mộtngôi sao đang qua đờichuyển động xoắnốc vào kẻ đồng hành củanó –
một tàndư nhỏ gọn, chết chóc của cái đã từng là một ngôisao. Khi chuyển động
như vậy, chất khí đó nóng lên và phát ra tia X.
TrongSco X-1, vậtthể đồng hành làmột sao neutron, tàn dư của một ngôi
sao cókhối lượng gấp10 lần mặt trời củachúng ta. Những hệ kháccó các đồng
hành lùntrắng, tolớn hơn. Nhưng cácphép đo hồi năm1971 của sự lắc lư quỹ đạo
của kẻ đồnghành không nhìn thấy trong một nguồn phát tia X, Cyg X-1trong chòm
sao Cygnus,cho thấy nó có khối lượng quá lớn so với một sao lùn trắng hoặcsao
neutron. Nó phải là một lỗ đen –bằng chứng quan sát đầu tiên cho sự tồn tại của
một vật thể như vậy.
Tia X còn phát ratừ những vùngrìa nóng bỏng bên trong của cácđĩa vật chất
đang bồi tụ xung quanhcác lỗ đen siêu khối trong cáctâm hoạt động của các thiên
hà và quasar. Các khảo sát do đài thiên văntia X Chandracủa NASA và vệ tinh
XMM-Newton củaCơ quanVũ trụ châu Âu thực hiện, cả haiđều đượcphóng lên
vào năm 1999, đã định vị hàng nghìn nguồn phát như thế. Một vạchphổ tiaX phát
ra từ sắtbị ion hóa cao đặc biệt cung cấp nhiều thông tinhữu ích:trong một số
trường hợp, nó cung cấp bằng chứng của sự biến dạng docác hiệu ứng của thuyết
tương đối rộng.
Thiết bị nghiên cứu sao: Fermi
Kínhthiên văn vũ trụ tia gammaFermiđã được phóng lên vàonăm 2008. Nó
sẽ thực hiện một cuộc khảo sát toàn bầu trời đồngthời nghiên cứu các vụ nổ tia
gamma,xác định vị trí của chúng trong phạm vi saisố 1/60 của một độ.
Đa số các nguồn phát tia gamma có khả năng sẽ là những lỗ đen siêu khối
nằm tại tâm củacác thiên hà, nhưng Fermi cũngsẽ nghiên cứu các pulsar,các tàn
dư sao siêu mới và nền tia gamma nói chung tỏa ratừ mọi ngóc ngách của vũ trụ
và nguồngốc của nó đến nayvẫn chưa được hiểu trọn vẹn.
Fermicũngcó thể phát hiện ra tương tác giữa các hạt vậtchất tối theo lí

thuyết đề xuất, gọi tên là WMIP,nếunhư chúngtồn tại. Nócũngsẽ triển khai
những phép kiểm tra khác của nền vật lí cơ bản có thể thực hiện ở nhữngmức
năng lượngcực cao này, thídụ như đo xemtốc độ ánh sáng có như nhauở mọi
bướcsóng hay không.