Khám phá các thiên hà xa xôi bằng kính viễn vọng vô tuyến

Theo nhà thiên văn học Natasha Hurley-Walker, vũ trụ của chúng ta là một thế giới rộng lớn và kì bí. Tàu vũ trụ vẫn chưa thể đưa con người đến giới hạn sâu thẳm của vũ trụ, nhưng kính viễn vọng vô tuyến thì có thể. Trong bài nói hấp dẫn và nhiều hình ảnh này, Hurley-Walker sẽ cho chúng ta thấy cách thức cô ấy sử dụng công nghệ đặc biệt giúp phát hiện quang phổ ánh sáng mà chúng ta không thể nhìn thấy được để dò tìm những bí ẩn của không gian.

Vũ trụ, biên giới cuối cùng.

Tôi nghe những từ này lần đầu tiên
vào năm tôi sáu tuổi,

và tôi hoàn toàn bị thu hút.

Tôi muốn khám phá những thế giới mới lạ.

Muốn tìm sự sống chưa từng có.

Tôi khao khát nhìn thấy mọi thứ
mà vũ trụ mang đến.

Những giấc mơ và lời mời gọi đó
đã khiến tôi dấn thân vào một hành trình,

một hành trình khám phá,

từ lúc còn là học sinh,
rồi sinh viên đại học,

rồi khi là một tiến sỹ, và cuối cùng là
một nhà thiên văn chuyên nghiệp.

Tôi đã nhận ra hai điều đáng ngạc nhiên,

một trong số đó hơi không may,

khi tôi đang làm luận án Tiến sĩ.

Tôi nhận ra rằng trên thực tế

tôi sẽ không cầm lái
một con tàu vũ trụ nào trong tương lai.

Nhưng tôi cũng nhận ra
sự kì thú và rộng lớn của vũ trụ;

thực tế là vũ trụ quá lớn
so với tầm bay của các con tàu.

Vậy nên tôi chuyển hướng sang
thiên văn học, để sử dụng kính viễn vọng.

Giờ thì tôi sẽ cho các bạn xem
một bức ảnh bầu trời đêm.

Bạn có thể thấy
ở bất kì đâu trên địa cầu.

Mọi ngôi sao này đều là một phần của
thiên hà của chúng ta - dải Ngân hà.

Nếu bạn đến một nơi có bầu trời tối hơn,

ở một nơi tối tăm thú vị,
như sa mạc chẳng hạn,

bạn có thể thấy phần
trung tâm của dải Ngân hà

với hàng trăm triệu vì tinh tú
trải ra trước mắt bạn.

Đó là một bức tranh tuyệt đẹp.

Rất nhiều màu sắc trong đó.

Xin nhắc lại rằng đây chỉ là
một góc vũ trụ của chúng ta.

Các bạn có thể thấy một vệt bụi tối
kì lạ vắt ngang qua nó.

Đó là bụi của phần vũ trụ đó

đã làm mờ đi ánh sáng của các ngôi sao.

Nhưng chúng ta vẫn làm khá tốt.

Chỉ bằng mắt thường, chúng ta có thể
khám phá một góc nhỏ vũ trụ.

Chúng ta có thể làm hơn thế.

Bạn có thể dùng kính viễn vọng tuyệt hảo
như Kính Viễn vọng Không gian Hubble.

Các nhà thiên văn học đã
ghép nên bức ảnh này.

Nó được gọi là Vùng sâu Hubble,

và họ đã dành hàng trăm giờ
chỉ để quan sát một khoảng trời nhỏ

không lớn hơn móng tay cái
đặt cách mắt một cánh tay.

Và trong bức ảnh này

bạn có thể thấy hàng ngàn thiên hà

và chúng ta biết rằng có hàng trăm triệu,
hàng trăm tỉ thiên hà

trong toàn bộ vũ trụ,

một số giống của chúng ta,
một số thì không.

Rồi bạn nghĩ: "Được, ta có thể
tiếp tục hành trình này"

Dễ mà. Ta chỉ cần dùng
một kính viễn vọng thật mạnh

và nhìn lên trời, không vấn đề gì."

Thật ra thì chúng ta sẽ bỏ sót nhiều thứ
nếu chỉ làm như vậy.

Vì mọi thứ tôi đã đề cập
từ đầu đến giờ

chỉ đều dính đến dải quang phổ khả kiến,
chỉ những thứ mắt chúng ta thấy được,

và đó là một phần rất nhỏ,

một phần bé tí ti của những gì
vũ trụ cho chúng ta thấy.

Có hai vấn đề rất quan trọng với
việc dùng ánh sáng khả kiến.

Không chỉ việc chúng ta bỏ sót
mọi quá trình còn lại

vốn phát ra những loại ánh sáng khác,

mà có đến hai vấn đề.

Thứ nhất là đám bụi tôi đã đề cập trước đó

Bụi ngăn ánh sáng khả kiến
đến mắt chúng ta.

Nên khi ta càng nhìn sâu vào vũ trụ,
ta càng thấy ít ánh sáng.

Bụi đã cản chúng đến mắt ta.

Nhưng còn một vấn đề kì cục nữa
với việc sử dụng ánh sáng khả kiến

để tìm hiểu và khám phá không gian.

Giờ chúng ta tạm dừng một chút.

Giả sử bạn đang đứng ở một
góc phố đông đúc.

Xe cộ qua lại tấp nập.

Một xe cứu thương lao đến rất nhanh.

Còi hụ chói tai.

(Giả tiếng xe cứu thương ngang qua)

Tiếng còi hụ dường như thay đổi cao độ

khi chiếc xe đi ngang qua bạn và xa dần.

Người tài xế không hề thay đổi cao độ
còi hụ để đùa với bạn.

Đó chỉ là những gì bạn cảm thấy.

Sóng âm, khi xe cứu thương đến gần,

bị nén lại,

và cao độ tăng lên.

Khi xe cứu thương đi xa dần,
sóng âm giãn ra,

và cao độ giảm xuống.

Điều tương tự cũng xảy ra với ánh sáng.

Khi vật thể tiến gần đến chúng ta,

sóng ánh sáng của chúng bị nén lại
và trông chúng xanh hơn.

Khi vật thể rời xa chúng ta,

sóng ánh sáng của chúng bị kéo ra
và chúng trông đỏ hơn.

Ta có thể gọi các hiệu ứng này là
pha xanh và pha đỏ.

Vũ trụ của chúng ta đang rộng ra,

nên mọi thứ dịch chuyển cách ra xa nhau,

đồng nghĩa với việc mọi thứ
trở nên đỏ hơn.

Cũng lạ lùng như vậy, khi bạn nhìn
sâu hơn vào vũ trụ,

những thiên thể cách rất xa đang
dịch chuyển xa dần và nhanh dần,

nên chúng trở nên đỏ hơn.

Vì vậy, nếu tôi quay lại với
Vùng sâu Hubble

và chúng ta tiếp tục khám phá
vũ trụ sâu thẳm

chỉ bằng Kính Hubble,

khi chúng ta nhìn đến một khoảng cách
xa nhất định,

mọi thứ trở nên đỏ rực,

và điều đó sẽ dẫn đến một vấn đề.

Cuối cùng, chúng ta đạt khoảng cách xa

đến mức mọi thứ chuyển sang
vùng hồng ngoại

và chúng ta chẳng thể nhìn thấy gì.

Cần có cách khắc phục vấn đề này.

Hoặc là hành trình của tôi bị cản trở.

Tôi muốn khám phá toàn bộ không gian,

chứ không chỉ những thứ tôi có thể thấy,
bạn biết đấy, trước khi pha đỏ xuất hiện.

Có một kĩ thuật.

Đó là thiên văn vô tuyến.

Giới thiên văn đã sử dụng nó
trong nhiều thập kỉ.

Một kĩ thuật phi thường.

Trong hình là Kính Viễn vọng
Vô tuyến Parkes, thường gọi là "Cái Đĩa".

Các bạn có lẽ đã xem qua bộ phim này.

Sóng vô tuyến thật sự tuyệt vời.

Nó cho phép chúng ta khám phá
sâu hơn rất nhiều.

Bụi không cản được sóng vô tuyến,

nên các bạn có thể thấy mọi thứ
trong vũ trụ,

và pha đỏ không còn là vấn đề

vì chúng ta có thể thiết lập máy thu
nhận được qua dải tần số rộng.

Vậy Kính Vô tuyến Parkes nhìn thấy gì khi
ta hướng nó vào trung tâm dải Ngân hà?

Chúng ta hẳn phải thấy gì đó
tuyệt diệu, đúng không?

Chúng ta đúng là có nhìn thấy
một điều thú vị.

Tất cả bụi đã biến mất.

Như tôi đã nói, sóng vô tuyến
xuyên qua bụi, bụi không phải là vấn đề.

Nhưng cảnh tượng thật khác lạ.

Chúng ta có thể thấy phần tâm
rực sáng của dải Ngân hà,

và đó không phải ánh sao.

Ánh sáng đó được gọi là
bức xạ tăng tốc điện tử,

và nó được tạo nên từ các điện tử xoáy
xung quanh từ trường vũ trụ.

Mặt phẳng dải Ngân hà sáng rực với
loại ánh sáng này.

Chúng ta còn có thể thấy
những khoáng chất kì dị xuất hiện từ đó,

và những thiên thể
không xuất hiện để xếp thành hàng

với bất cứ thứ gì chúng ta thấy
bằng mắt thường.

Dù vậy, rất khó để thực sự
hiểu bức ảnh này,

vì như bạn có thể thấy,
độ phân giải của nó rất thấp.

Sóng vô tuyến có bước sóng dài,

khiến độ phân giải kém đi.

Đây còn là ảnh đen trắng,

nên chúng ta không thực sự biết được
màu sắc của mọi thứ trong ảnh.

Chà, chuyển đến hôm nay.

Ta có thể tạo kính viễn vọng

có thể khắc phục những trở ngại này.

Giờ tôi đang cho các bạn xem ảnh
Đài Quan sát Vô tuyến Murchison,

một nơi thích hợp để dựng nên
các kính viễn vọng vô tuyến.

Bằng phẳng, khô ráo,

và quan trọng nhất là
không có sóng vô tuyến:

không điện thoại di động, không Wi-Fi,
không gì cả,

hoàn toàn vắng bóng sóng vô tuyến,

một nơi hoàn hảo để dựng
một kính viễn vọng vô tuyến.

Chiếc kính mà tôi đang giúp dựng nên
trong vài năm nay

gọi là Dàn Vô tuyến Diện rộng Murchison,

và tôi sắp cho các bạn thấy một chút
quá trình dựng nên nó.

Đây là một nhóm các sinh viên
và nghiên cứu sinh

sinh sống ở Perth.

Chúng tôi gọi là Quân đoàn Sinh viên

họ tình nguyện dành thì giờ
tạo kính viễn vọng vô tuyến.

Không tín chỉ cho hoạt động này.

Và họ đang lắp ráp những
ăng-ten lưỡng cực này.

Chúng chỉ nhận sóng tần số thấp,
kiểu như đài FM hay TV của bạn.

Chúng tôi triển khai chúng tại đây,
trên khắp sa mạc.

Chiếc kính cuối cùng phủ
một diện tích 10 km vuông

ở sa mạc Tây Úc.

Điểm thú vị là,
không có phần nào dịch chuyển.

Về cơ bản, chúng tôi chỉ lắp
những ăng-ten nhỏ

trên những tấm lưới làm chuồng gà.

Chúng tương đối rẻ.

Dây cáp nhận tín hiệu

từ các ăng-ten

rồi chuyển tín hiệu
đến các bộ xử lí trung tâm.

Và đây là kích cỡ của chiếc kính này,

thực tế là chúng tôi triển khai nó
trên khắp sa mạc,

khiến nó có độ phân giải
tốt hơn kính Parkes.

Sau cùng, dây cáp
mang tín hiệu đến bộ xử lí

vốn sẽ chuyển tín hiệu
về một siêu máy tính đặt tại Perth,

và đó là nơi tôi làm việc của mình.

(Thở dài)

Dữ liệu vô tuyến.

Tôi đã dành năm năm qua

xử lí những dữ liệu rất phức tạp
nhưng cũng cực kì thu hút

mà chưa ai thực sự để mắt đến bao giờ.

Tôi dành nhiều thời gian tinh chỉnh nó,

tiến hành hàng triệu giờ xử lí CPU
trên siêu máy tính

và thực sự cố gắng thấu hiểu
những dữ liệu đó.

Với chiếc kính này,

với dữ liệu này,

chúng tôi đã tiến hành khảo sát
khắp thiên cầu nam,

Khảo sát Thiên cầu trong và ngoài Ngân hà
của Dàn Vô tuyến Diện rộng Murchison,

hay GLEAM, như tôi vẫn thường gọi.

Tôi cực kì phấn khích.

Khảo sát này sắp được xuất bản,
nhưng nó vẫn chưa được công bố,

nên các bạn là những người đầu tiên

nhìn thấy bản khảo sát trên
toàn bộ thiên cầu nam này.

Vì thế tôi rất vui mừng chia sẻ
vài bức ảnh từ khảo sát với các bạn.

Hãy tưởng tượng bạn đến Murchison,

bạn cắm trại dưới bầu trời sao

và dõi mắt về hướng nam.

Bạn nhìn thấy thiên cực nam,

dải Ngân hà xuất hiện.

Nếu tôi tăng dần ánh sáng vô tuyến,

đây là thứ mà ta thấy trong khảo sát.

Các bạn có thể thấy mặt phẳng thiên hà
không còn tối vì bụi.

Nó sáng lên nhờ bức xạ tăng tốc điện tử,

và có hàng ngàn chấm nhỏ trên bầu trời.

Đám mây Magellan Lớn, thiên hà gần với
dải Ngân hà nhất,

có màu cam thay vì màu xanh trắng
quen thuộc.

Vậy nên có rất nhiều thứ xảy ra ở đây.
Chúng ta hãy cùng nhìn kĩ hơn.

Nếu ta nhìn lại
phần trung tâm dải Ngân hà,

trong bức ảnh của kính Parkes mà
tôi đã cho các bạn xem trước đó,

bức ảnh trắng đen có độ phân giải thấp,

sau đó ta chuyển qua chế độ của GLEAM,

các bạn có thể thấy độ phân giải
đã tăng lên cả trăm lần.

Giờ chúng ta đã có góc nhìn
đầy màu sắc về vũ trụ,

một góc nhìn rực rỡ.

Đây không phải góc nhìn có màu bị sai.

Đây là những màu vô tuyến thực.

Điều tôi đã làm là tô màu đỏ
cho nhóm tần số thấp nhất,

màu xanh biển cho nhóm cao nhất,

và màu xanh lá cho nhóm ở giữa.

Điều đó khiến chúng ta
thấy được sắc cầu vồng.

Và đó không đơn thuần là lỗi màu.

Màu sắc trong những bức ảnh này
thể hiện các quá trình vật lí

diễn ra trong vũ trụ.

Ví dụ, nếu các bạn nhìn
dọc theo mặt phẳng dải Ngân hà,

nó sáng nhờ tăng tốc điện tử,

vốn có màu cam đỏ,

nhưng nếu ta nhìn kĩ hơn,
ta sẽ thấy những chấm xanh nhỏ xíu.

Bây giờ, nếu ta phóng to ảnh,

những chấm xanh này là
thể plasma bị ion hóa

xung quanh những sao siêu sáng,

chuyện xảy ra là
các thể plasma này chặn ánh sáng đỏ,

thành ra chúng có màu xanh.

Chúng có thể cho chúng ta biết
những vùng hình thành sao

trong dải Ngân hà.

Và ta thấy chúng ngay lập tức.

Ta nhìn vào dải Ngân hà,
và màu sắc cho ta biết rằng chúng ở đó.

Bạn có thể thấy đám bong bóng nhỏ

những hình tròn tí ti
dọc mặt phẳng dải Ngân hà,

chúng là tàn dư siêu tân tinh.

Khi một ngôi sao phát nổ,

vỏ ngoài của nó vỡ tung ra

và ngôi sao sẽ di chuyển trong vũ trụ
rồi thu hút vật chất,

qua đó nó tạo nên một lớp vỏ nhỏ.

Một bí ẩn có từ lâu đời
đối với các nhà thiên văn học

là các tàn dư siêu tân tinh nằm ở đâu.

Chúng tôi biết rằng hẳn có rất nhiều
điện tử nhiều năng lượng trong mặt phẳng

để tạo nên bức xạ
tăng tốc điện tử mà ta thấy,

và chúng tôi nghĩ chúng
đến từ tàn dư siêu tân tinh,

nhưng như thế dường như chưa đủ.

Thật may, trên thực tế thì GLEAM dò tìm
các tàn dư siêu tân tinh rất tốt,

nên chúng tôi hi vọng sẽ sớm có
báo cáo về vấn đề đó.

Giờ thì vậy là ổn rồi.

Chúng ta đã tìm hiểu
thiên hà của chúng ta,

nhưng tôi muốn đi sâu hơn và xa hơn.

Tôi muốn vươn ra ngoài dải Ngân hà.

Khi đó, ta có thể thấy một
vật thể kì thú ở góc trên bên phải,

và đó là một thiên hà vô tuyến cục bộ,

Centaurus A.

Nếu ta phóng to lên,

ta có thể thấy có hai chùm sáng lớn
tỏa ra không gian.

Nếu các bạn nhìn ngay
phần chính giữa hai chùm sáng,

các bạn sẽ thấy một thiên hà
tương tự dải Ngân hà.

Nó có dạng xoắn ốc. Nó có một vệt bụi.

Nó là một thiên hà bình thường.

Nhưng những thứ này chỉ xuất hiện
nhờ sóng vô tuyến.

Nếu dùng ánh sáng khả kiến,
ta thậm chí còn chẳng biết chúng ở đó,

và chúng lớn hơn thiên hà chủ
hàng ngàn lần.

Chuyện gì xảy ra vậy?
Cái gì tạo ra những thứ này?

Tại tâm của mọi thiên hà
mà chúng tôi biết đến

đều có một lỗ đen siêu khối.

Lỗ đen thì vô hình, vậy nên chúng
mới được gọi là "lỗ đen".

Những gì các bạn thấy là
ánh sáng bị bẻ cong quanh chúng,

và đôi lúc, khi một ngôi sao hay
đám mây nằm trong quỹ đạo của các lỗ đen,

nó sẽ bị xé tan bởi lực thủy triều,

qua đó giúp hình thành
cái gọi là đĩa tích tụ.

Đĩa tích tụ sáng rực dưới tia X,

và từ trường khổng lồ có thể phóng
vật chất vào không gian

ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Vậy nên có thể nhìn thấy
những thứ này nhờ sóng vô tuyến

và đó là điều mà chúng tôi
rút ra từ khảo sát.

Vậy đấy, hay lắm, chúng ta đã nhìn thấy
một thiên hà vô tuyến. Thật tuyệt vời.

Nhưng nếu chỉ nhìn vào phía trên bức ảnh,

bạn sẽ thấy thiên hà vô tuyến khác.

Nhỏ hơn một chút, chỉ là vì nó nằm xa hơn.

Được rồi. Hai thiên hà vô tuyến.

Ta có thể thấy chúng. Hay lắm.

Vậy còn những cái chấm khác?

Có lẽ chúng chỉ là sao.

Chúng không phải là sao.

Tất cả đều là thiên hà vô tuyến.

Từng chấm một trong bức ảnh này

là một thiên hà cách rất xa,

đến hàng triệu hàng tỉ năm ánh sáng,

kèm theo một lỗ đen siêu khối
ở vùng trung tâm

phóng vật chất ra ngoài vũ trụ ở
tốc độ gần như ánh sáng.

Thật không tưởng.

Bản khảo sát này còn nhiều thông tin hơn
những gì tôi trình bày ở đây.

Nếu chúng ta phóng to đến
quy mô chuẩn của khảo sát,

các bạn có thể thấy tôi phát hiện ra
300.000 thiên hà vô tuyến.

Quả thực đó là một
hành trình cực kì ấn tượng.

Chúng tôi đã tìm ra tất cả
những thiên hà vô tuyến này

cùng lúc với những
lỗ đen siêu khối đầu tiên.

Tôi rất tự hào về công trình này,
nó sẽ được xuất bản vào tuần sau.

Như vậy vẫn chưa hết.

Tôi đã khám phá những rìa xa nhất
của dải Ngân hà qua bản khảo sát này,

nhưng có gì đó hơn thế nữa
trong bức ảnh này.

Tôi sẽ đưa các bạn trở về thuở sơ khai.

Khi vũ trụ hình thành, chính vụ nổ lớn

đã biến vũ trụ thành
một đại dương khí hydro,

khí hydro trung tính.

Khi các ngôi sao và các thiên hà
đầu tiên xuất hiện,

chúng ion hóa khí hydro.

Vì vậy mà trạng thái của vũ trụ chuyển từ
trung tính sang ion hóa.

Điều đó ghi dấu một tín hiệu xung quanh ta

Nó tràn ngập quanh ta ở mọi nơi

chẳng khác gì Thần Lực.

Vì chuyện đó đã xảy ra từ rất rất lâu rồi,

tín hiệu đã có pha đỏ,

hiện tại tín hiệu đó ở tần số rất thấp.

Cùng tần số như trong khảo sát của tôi,

nhưng rất mờ nhạt.

Nó chỉ bằng một phần tỉ tín hiệu của
bất kì thiên thể nào trong khảo sát.

Vì thế kính viễn vọng của chúng tôi có lẽ
không đủ nhạy để bắt được tín hiệu đó.

Tuy nhiên, có một kính viễn vọng mới.

Vậy, tôi không thể có tàu vũ trụ,

nhưng mong là tôi sẽ có

một trong những kính vô tuyến
lớn nhất thế giới.

Chúng tôi đang dựng Dàn Kính Cây số Vuông,
một kính viễn vọng vô tuyến mới,

sẽ lớn hơn Dàn Vô tuyến
Diện rộng Murchison cả ngàn lần,

nhạy hơn cả ngàn lần,
và có độ phân giải tốt hơn.

Chúng tôi sẽ tìm ra
hàng chục triệu thiên hà.

Và có lẽ, sâu thẳm trong tín hiệu đó,

tôi sẽ nhìn thấy giữa những ngôi sao
và các thiên hà xuất hiện đầu tiên,

chính là sự khởi đầu của thời gian.

Xin cảm ơn.

(Tiếng vỗ tay)