2017 đã đi vào lịch sử là năm đánh dấu một kỉ nguyên mới thật sự đã vượt khỏi mặt đất của nền thiên văn học “đa kênh”, nhờ một khám phá hết sức quan trọng. 12 tháng vừa qua cũng tràn ngập những khám phá tuyệt vời về các ngoại hành tinh quay xung quanh những ngôi sao ở xa, trong đó có việc tìm thấy bảy hành tinh cỡ-Trái Đất quay xung quanh một Mặt Trời. Và trong khi các nhà khoa học phải nói lời từ biệt với phi thuyền vũ trụ Cassini, họ cũng vẫy lời chào với cái có thể là một vị khách giữa các sao đối với hệ Mặt Trời của chúng ta.
1. Va chạm sao neutron
17 tháng Tám là một ngày trọng đại đối với ngành thiên văn học: kiểu ngày sẽ được mô tả trong các sách lịch sử và được nói là sự bắt đầu của một kỉ nguyên mới. Vào hôm ấy, các nhà thiên văn đã thực hiện quan trắc đầu tiên từ trước đến nay về một sự kiện vũ trụ, sử dụng cả sóng ánh sáng lẫn sóng hấp dẫn. Đây được gọi là thiên văn học đa-kênh, và người ta sánh nó với việc một người vừa có thêm một cơ quan cảm giác mới. Lâu nay các nhà nghiên cứu đã có thể quan sát vũ trụ bằng ánh sáng, nay họ có thể “nghe” vũ trụ bằng sóng hấp dẫn. Khi kết hợp lại, sức mạnh của hai phương pháp này lớn hơn tổng riêng phần của nó. Thật vậy, tạp chí Science đã gọi khám phá này là Đột phá của năm 2017.
Vụ va chạm được phát hiện bởi Đài thiên văn Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO), cũng như detector sóng hấp dẫn Virgo, và bởi “hơn 70 đài thiên văn mặt đất và trên không gian”, theo một thông cáo của LIGO. Các đài thiên văn sóng hấp dẫn đã có thể xác nhận sự kiện ấy là hai sao neutron va chạm; các đài thiên văn dùng ánh sáng sau đó đã có thể thu nhặt thêm thông tin riêng về hai vật thể đó, trong đó có việc xác nhận rằng sự hợp nhất sao neutron là nguyên nhân sản sinh phần lớn nguồn cung nguyên tố nặng của vũ trụ, ví dụ như vàng. Vì thế, phát hiện ấy cũng xác nhận rằng chúng ta đều sinh ra từ vật liệu sao (neutron). Khám phá trên là minh chứng đầu tiên cho cái các nhà thiên văn sẽ có thể hoàn thành với thiên văn học đa-kênh.
Ảnh minh họa hai sao neutron đang va chạm và hợp nhất với nhau. Ảnh: NSF/LIGO/A. Simonnet
2. 7 hành tinh cỡ Trái Đất xung quanh TRAPPIST-1
Hồi đầu tháng Giêng, các nhà khoa học công bố việc khám phá không chỉ một, hai, hay sáu... mà là bảy hành tinh cỡ-Trái Đất quay xung quanh sao TRAPPIST-1. NASA nhanh chóng cung cấp một số hình ảnh giàu trí tưởng tượng về những hành tinh đó có thể trông như thế nào, và hình dung diện mạo bề mặt của những hành tinh đó. Thậm chí còn có sự bàn luận về cách thức sự sống, nếu chỉ cần nó phát sinh trên một trong các hành tinh, có thể được mang tới một số thế giới khác như thế nào thông qua các tiểu hành tinh.
Kể từ tháng Giêng, các nhà khoa học đã tìm ra các lí do để nghi ngờ rằng những hành tinh này có thể chứa sự sống, và nhắc nhở công chúng rằng sẽ cần có những thiết bị tiên tiến hơn nhiều thậm chí chỉ để bắt đầu tìm kiếm các dấu hiệu của sự ở được. Nhưng thật ra khám phá trên chẳng tìm thấy sự sống ở đâu khác trong vũ trụ, nó chỉ nhắc nhở chúng ta về khả năng to lớn mà vũ trụ phải đem lại. Đây là một khám phá thổi thêm sức sống cho các nhà khoa học và những người nghiệp dư yêu thích vũ trụ, và là một lời nhắc nhở mạnh mẽ về lí do vì sao loài người nên tiếp tục đầu tư cho các kính thiên văn ngày càng tiên tiến hơn. Hệ TRAPPIST-1 tựa như cái đến từ những trang truyện khoa học viễn tưởng, và nó nhắc nhở chúng ta về những thế giới không thể tưởng tượng nổi mà chúng ta vẫn chưa khám phá được.
Ảnh minh họa hệ TRAPPIST-1, một sao lùn cực lạnh cùng với bảy hành tinh nhỏ quay xung quanh rất gần nó. Ảnh: NASA/JPL-Caltech
3. Nhật thực toàn phần trên diện rộng ở Mĩ
Ngày 21 tháng Tám, lần đầu tiên trong gần 100 năm, nhật thực toàn phần chạy vắt qua nước Mĩ từ bờ đại dương này sang bờ đại dương kia. Dọc theo một dải hẹp vắt từ Oregon đến South Carolina, người ta chứng kiến Mặt Trăng chặn mất đĩa Mặt Trời, biến ngày thành đêm và làm lộ ra những lớp ẩn của khí quyển Mặt Trời, trong những khoảng thời gian ngắn ngủi.
Các thành phố lớn nhỏ đồng loạt đón làn sóng du khách đổ xô theo đường đi của nhật thực toàn phần (khu vực nhìn thấy nhật thực toàn phần), nó chỉ rộng khoảng 70 dặm. Người ta tranh nhau mua kính ngắm nhật thực. Và rất nhiều người quan sát sự kiện trực tuyến từ bên ngoài đường đi của nhật thực.
Cứ mỗi 18 tháng nhật thực toàn phần lại xảy ra ở đâu đó trên Trái Đất, nhưng nó thường xảy ra ở những nơi xa xôi hoặc ở những khu vực dân cư đông đúc. Lần nhật thực toàn phần tiếp theo cắt qua nước Mĩ lục địa sẽ là vào năm 2024.
Ảnh minh họa Mặt Trời đi qua Mặt Trời, gây ra nhật thực toàn phần. Ảnh: NASA
4. Đại dương của Enceladus
Hồi tháng Tư, các nhà khoa học NASA công bố việc tìm thấy một nguồn năng lượng khả dĩ cho sự sống trong đại dương nước lỏng trên vệ tinh băng giá Enceladus của Thổ tinh. Các mẩu từ đại dương ngầm được phi thuyền vũ trụ Cassini thu lấy với nhiều chuyến bay cắt qua những cột nước phun lên từ lớp vỏ băng giá của Enceladus.
Từng được xem là một khối băng đặc quay xung quanh hành tinh có vành, Enceladus hiện nay được xem là một trong những môi trường có khả năng ở được nhất trong hệ Mặt Trời (ngoài Trái Đất). Nằm dưới bề mặt băng rắn chắc của vệ tinh là một đại dương nước lỏng, phủ khắp toàn vệ tinh, và tại đáy của đại dương ngầm ấy, những mạch phun nước nóng có thể dung dưỡng cho những hệ sinh thái na ná những hệ sinh thái tìm thấy tại đáy đại dương trên Trái Đất.
Nghiên cứu mới xác nhận sự có mặt của hydrogen phân tử (hai phân tử hydrogen liên kết với nhau), cái có thể là nguồn năng lượng cho sự sống. Hydrogen phân tử có thể hình thành qua các phản ứng hóa học giữa nước nóng và đá, đem lại một nguồn thức ăn thực sự cho sự sống nếu có.
Vệ tinh Enceladus của Thổ tinh, ảnh do phi thuyền vũ trụ Cassini chụp, có một đại dương ngầm có chứa một nguồn năng lượng hóa học có thể sử dụng bởi các dạng sống. Ảnh: NASA/JPL-Caltech
5. “Đêm cuối” của phi thuyền Cassini trên Thổ tinh
Phi thuyền vũ trụ Cassini là một trong những câu chuyện khoa học thành công nhất của NASA. Trong suốt nhiệm kì 13 năm tại Thổ tinh, phi thuyền đã đem lại một góc nhìn cận cảnh về các vành của Thổ tinh, các đỉnh mây xoáy cuộn của nó và nhiều chi tiết vô hình khác, ví dụ như từ trường của nó. Cassini cũng làm sáng tỏ sự phức tạp đến bất ngờ ở các vệ tinh của Thổ tinh. Phi thuyền đã tìm thấy các đại dương methane lỏng, các cột nước phun lên từ một vệ tinh băng giá, và những sọc đỏ kì lạ.
NASA rốt cuộc phải cho dừng sứ mệnh Cassini hồi tháng Chín vì phi thuyền đang cạn kiệt nhiên liệu. Án tượng cuối cùng về di sản vĩ đại này là một loạt vòng sáng ngoạn mục giữa Thổ tinh và các vành trong cùng, khi nó rơi thẳng vào khí quyển của Thổ tinh, cuối cùng thì phi thuyền vỡ tung. Chưa có phi thuyền vũ trụ nào từng bay thẳng vào khí quyển Thổ tinh trước đây, và Cassini đã có thể gửi về một số dữ liệu từ hiện trường. Các nhà nghiên cứu vẫn đang sàng lọc dữ liệu mà phi thuyền thu thập trong năm cuối đời của nó tại Thổ tinh.
Ảnh minh họa phi thuyền vũ trụ Cassini đang lao vào khí quyển của Thổ tinh. Ảnh: NASA
6. Nghiên cứu sóng hấp dẫn bùng nổ
Đã hai năm trôi qua kể từ khi các nhà khoa học lần đầu tiên dò thấy sóng hấp dẫn – các gợn sóng trong kết cấu vũ trụ mà Albert Einstein đã dự đoán – lĩnh vực nghiên cứu sóng hấp dẫn đã bùng nổ dữ dội. Đài thiên văn Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser, nơi thực hiện khám phá ban đầu hồi năm 2015, công bố việc tìm thấy sóng hấp dẫn phát ra từ một sự kiện hợp nhất sao neutron, sự kiện cũng được phát hiện bởi hơn 70 kính thiên văn ánh sáng và đài thiên văn khác. Đây là một thời khắc ý nghĩa trọng đại đối với ngành thiên văn học.
Có lẽ dấu hiệu lớn nhất cho thấy ý nghĩa của lĩnh vực này là việc công bố ba nhà khoa học đi tiên phong thiết kế và xây dựng LIGO đã được trao Giải Nobel vật lí.
LIGO còn tìm thấy ba sự kiện hợp nhất lỗ đen nữa, đem lại tổng cộng năm sự kiện hợp nhất lỗ đen được xác nhận mà LIGO tìm thấy. Chi tiết cụ thể về những phát hiện đó có sự hấp dẫn riêng của chúng, nhưng các nhà khoa học chủ yếu hào hứng vì họ đang trên đường tìm thấy có đông đảo cặp đôi lỗ đen để nghiên cứu. Với số lượng lớn lỗ đen, các nhà khoa học có thể bắt đầu tìm hiểu những đặc điểm chung của những vật thể này, và những đặc điểm nào là riêng. Từ đó, họ có thể bắt đầu tìm hiểu xem những vật thể này hình thành như thế nào, và chúng ăn khớp như thế nào vào câu chuyện vũ trụ rộng lớn hơn.
Và khoan đã, còn nữa chứ! Detector sóng hấp dẫn Virgo đi vào hoạt động ở Italy hồi tháng Tám, và đã có phát hiện đầu tiên của nó hầu như ngay tức thì, tìm thấy một trong các sự kiện hợp nhất lỗ đen mà LIGO cũng tìm thấy. Bằng cách phối hợp với nhau, LIGO và Virgo sẽ có thể xác nhận tốt hơn sự tìm thấy tín hiệu sóng hấp dẫn, và làm tốt hơn nữa công việc khoanh vùng gốc gác của chúng.
Thật là một năm trọng đại đối với sóng hấp dẫn, và tương lai thật sáng sủa cho lĩnh vực đang bùng cháy này.
Ảnh minh họa sóng hấp dẫn do hai lỗ đen đang hợp nhất gây ra. Ảnh: NASA
7. Tìm thấy vật thể giữa các sao đầu tiên trong hệ Mặt Trời của chúng ta
Lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một vật thể trong hệ Mặt Trời của Trái Đất có xuất xứ từ đâu đó bên ngoài hệ. Khối thiên thạch tên gọi là ‘Oumuamua được phát hiện lần đầu tiên vào tháng Mười bởi các nhà khoa học sử dụng kính thiên văn Pan-STARRS ở Hawaii.
Có nhiều cách để một thiên thạch có thể văng ra khỏi hệ Mặt Trời. Các nhà khoa học cho rằng các thiên thạch ở xa bên ngoài thỉnh thoảng có thể đi lang thang về phía Mặt Trời của Trái Đất, nhưng việc nhận dạng những thiên thạch đó có là vị khách bên ngoài thật khó. Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã lập mô phỏng đường đi của vật thể dựa trên quỹ đạo hiện nay của nó, và tìm thấy rằng nó lao ra khỏi hệ Mặt Trời (có nghĩa là nó không ra đời trong một quỹ đạo xung quanh Mặt Trời). Nhiều thiên thạch bị văng khỏi hệ Mặt Trời bởi lực hấp dẫn của những vật thể khác (thường là lớn hơn), nhưng ‘Oumuamua dường như không chịu tương tác nào như thế. Các quan sát bổ sung đã và đang được tiến hành để kiểm tra và xác nhận kết luận sơ bộ này.
Đường đi của một thiên thạch có thể là vật thể giữa các sao đầu tiên từng được phát hiện trong hệ Mặt Trời của Trái Đất. Ảnh: NASA/JPL-Caltech
8. Các thành phần cho sự sống trên hành tinh lùn Ceres
Ceres là vật thể lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh giữa Hỏa tinh và Mộc tinh, và nó vừa được xem là hành tinh lùn vừa là tiểu hành tinh. Thoạt nhìn, bề mặt đầy hang hố và khô khan của nó chắc chắn không giống với một nơi mà sự sống sẽ hình thành. Nhưng các nhà khoa học càng tìm hiểu về Ceres, họ thấy nó càng thích hợp cho sự sống.
Vào tháng Hai, các nhà nghiên cứu công bố rằng họ đã phát hiện các phân tử hữu cơ trên bề mặt Ceres. Các phân tử hữu cơ là cần thiết cho sự hình thành sự sống như chúng ta biết, mặc dù chúng không chỉ dấu cho sự có mặt của sự sống. Khám phá đó đặc biệt có ý nghĩa khi kết hợp với thực tế là Ceres có thể có một đại dương nước lỏng bên dưới bề mặt của nó. Sự có mặt của nước lỏng và các phân tử hữu cơ gợi đến khả năng sự sống nguyên thủy xuất hiện ở đó.
Hành tinh lùn Ceres là vật thể lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh giữa Hỏa tinh và Mộc tinh. Nó có chứa nước và các phân tử hữu cơ. Ảnh: NASA/Dawn
9. Khí quyển trên một hành tinh gần giống với Trái Đất
Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu quan sát thấy khí quyển của một hành tinh ở xa chỉ hơi lớn hơn Trái Đất một chút. Hành tinh ấy, tên gọi là GJ 1132b, có vẻ như có một khí quyển rất nóng và rất dày, kết quả xác nhận những nghi ngờ trước đây rằng thế giới này có nhiều điểm chung với Kim tinh hơn là với Trái Đất.
Việc quan sát trực tiếp khí quyển của hành tinh này có ý nghĩa bởi vì cho đến nay, các nhà thiên văn chỉ mới có thể nghiên cứu trực tiếp bầu khí quyển xung quanh những hành tinh khí khổng lồ như Mộc tinh. Ít nhất với một trường hợp, các nhà nghiên cứu đã quan sát trực tiếp khí quyển của một hành tinh gấp tám lần khối lượng Trái Đất. Mặt khác, GJ 1132b có bán kính bằng khoảng 1,4 lần bán kính Trái Đất, và khối lượng gấp 1,6 lần khối lượng Trái Đất.
Khí quyển của các ngoại hành tinh có thể chứa bằng chứng cho sự sống, cho nên các nhà khoa học đang làm việc cật lực để tìm hiểu xem nên tìm kiếm cái gì trong các khí quyển đó, và làm thế nào tìm kiếm nó. Việc nghiên cứu khí quyển của các ngoại hành tinh cỡ Trái Đất vẫn là một thách thức đáng kể đối với các kính thiên văn hiện có, nhưng các thiết bị tương lai đang được thiết kế để hướng tới những nghiên cứu như thế.
Hình minh họa cho thấy hành tinh GJ 1132b kích cỡ gần bằng Trái Đất, nằm ở xa 39 năm ánh sáng. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện thấy khí quyển trên GJ 1132b, khí quyển đầu tiên cho ngoại hành tinh vào cỡ này. Ảnh: MPIA
10. Bằng chứng cho nước chảy trên sao Hỏa có lẽ đã khô cạn
Vào năm 2015, các nhà nghiên cứu công bố rằng họ đã tìm thấy bằng chứng cho nước lỏng trên bề mặt Hỏa tinh. Sau đó, NASA củng cố thêm khẳng định rằng các sọc tối trên các mạn đồi trên Hỏa tinh có thể là do nước lỏng trộn lẫn hàm lượng muối cao gây ra. Muối sẽ ngăn nước đóng băng hoặc tức thời biến thành chất khí trong khí quyển mỏng manh của Hỏa tinh.
Nhưng người ta cũng có những lí giải khác cho các sọc tối đó, và vào tháng Mười Một, một nghiên cứu đã tăng thêm sức mạnh cho hướng giải thích này. Công trình mới đề xuất rằng các sọc tối có thể là các cồn cát, chúng trượt xuống mạn bên của các đụn cát. Đây là một hiện tượng thường gặp ở các chất liệu dạng hạt, ví dụ như cát. NASA đã ra một thông cáo mới về bài báo mới, hàm ý rằng các kết luận là đáng tin cậy. Nhưng có lẽ để chấm dứt tranh cãi người ta cần nghiên cứu trực tiếp mẩu lấy từ hiện trường, công việc sẽ không xảy ra trong thời gian trước mắt.
Bức ảnh này chụp một sườn dốc phía trong của một hố va chạm ở phía nam sao Hỏa cho thấy một vài sọc tối biến đổi theo mùa, còn gọi là RSL. Ảnh: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS
Nguồn: Space.com
