Lịch sử vũ trụ học (Phần 34)

Chương 14

NHỮNG CÔNG CỤ MỚI CHO NGHIÊN CỨU VŨ TRỤ HỌC

Sau khi Thế chiến thứ hai kết thúc, các nhà thiên văn và thiên văn vật lí đã khai thác lợi thế của một loạt những công cụ và công nghệ mới đầy mạnh mẽ. Những công cụ này giúp đưa vũ trụ học từ một nền khoa học có tính chất suy đoán sang nền khoa học xác thực hơn nhiều của những tiên đoán, quan sát và xác nhận. Lần đầu tiên các nhà thiên văn bắt đầu thực hiện những nghiên cứu chi tiết và toàn diện về bầu trời ở những bước sóng ngoài vùng khả kiến. Đồng thời, họ bắt đầu sử dụng tên lửa đưa những thiết bị của mình lên không trung phía trên bề mặt Trái Đất. Cuối cùng, họ đã thành công trong việc lắp đặt những thiết bị trên không gian mang lại sự xác nhận đầy kịch tính về giả thuyết Big Bang – và hướng tới những đặc điểm lạ lùng hơn bao giờ hết của vũ trụ.

Phổ điện từ.
Ánh sáng khả kiến cấu thành từ các sóng của tác nhân điện từ, với bước sóng khác nhau gây ra phổ màu sắc. Trải ra ở hai phía là các sóng dài hơn (hồng ngoại, vi ba và vô tuyến) và các sóng ngắn hơn (tử ngoại, tia X và tia gamma). Các nhà thiên văn bắt đầu khai thác những nguồn thông tin này vào nửa sau của thế kỉ 20.

Thiên hà ồn ào của chúng ta

Năm 1932, khi Cuộc khủng hoảng Lớn vẫn đang diễn ra, Karl Jansky là một nhà khoa học 28 tuổi làm việc cho Phòng thí nghiệm Bell Telephone ở New Jersey. Nhiệm vụ của ông là nghiên cứu sự nhiễu khí quyển có thể giao thoa với âm thanh truyền đi bằng sóng vô tuyến. Jansky xây dựng một ănten có khả năng quay theo mọi hướng. Nó có thể phát hiện các tín hiệu ở tần số 20,5 MHz (bước sóng khoảng 14,5 m) trong dải phổ điện từ ngày nay sử dụng cho các trạm phát FM và truyền hình. Ông ghi lại các tín hiệu đến từ mọi hướng trong vài tháng và có thể phân biệt các nguồn nhiễu với sấm chớp.

Nhưng Jansky cũng bắt được một tiếng rít yếu ớt của một nguồn không rõ đến từ mọi hướng. Lúc đầu, Jansky nghĩ rằng có thể ông đã bắt được một số bức xạ phát ra từ Mặt Trời. Sau khi theo dõi tín hiệu đó trong vài tuần liền, ông thấy phần “inh ỏi nhất” của tín hiệu di chuyển khỏi vị trí của Mặt Trời. Nó lặp lại mỗi chu kì là 23 giờ 56 phút. Điều đó có nghĩa là tín hiệu mất một năm (4 phút, 365 ngày) để quay trở lại vị trí ở gần Mặt Trời, khi nhìn từ phía Trái Đất. Đây đúng là cái được mong đợi là tín hiệu đến từ một vật ở xa bên ngoài hệ Mặt Trời, quan sát thấy trong hành trình hàng năm của Trái Đất xung quanh Mặt Trời. Jansky nhận thấy tiếng rít đều đều mà ông nghe được đến từ phía trung tâm của Dải Ngân hà của chúng ta. Câu chuyện “thiên hà ầm ĩ” của chúng ta nhận được sự quan tâm rộng rãi trên báo chí. Tuy nhiên, các nhà điều hành Bell Labs hài lòng rằng tiếng rít vũ trụ mà Jansky phát hiện không gây vấn đề gì cho truyền thông vô tuyến và sớm chuyển Jansky sang một dự án nghiên cứu khác. Còn các nhà thiên văn thì không chú ý lắm tới công trình của ông.

“Sóng vô tuyến mới tìm thấy ở trung tâm của Dải Ngân hà… Không có bằng chứng của tín hiệu giữa các sao”.

Tiêu đề trên tờ New York Times, số ngày 5/5/1933

Ănten vô tuyến của Karl Jansky, các đồng nghiệp của ông đặt tên
cho nó là “vòng quay ngựa gỗ” của Jansky

Grote Reber và chiếc kính thiên văn vô tuyến trong sân sau của ông

Phát hiện của Jansky bắt gặp sự chú ý của một vài người. Một trong số họ là Grote Reber, người tự mô tả bản thân mình là “kẻ nghiệp dư nồng nhiệt và nghiện truyền thông khoảng cách xa”. Năm 1937, với sự tiêu tốn vài nghìn đô la, Reber đã xây dựng một ănten vô tuyến đường kính 31 foot trong sân sau nhà ông ở Wheaton, Illinois. Ông đảm nhận cuộc khảo sát có hệ thống đầu tiên về sóng vô tuyến đến từ bầu trời. Ông phải tiến hành công việc vào ban đêm vì có quá nhiều sự nhiễu từ các tia lửa điện trong động cơ xe hơi suốt thời gian ban ngày. Bất chấp sự nỗ lực của ông, các nhà thiên văn phải chờ thêm những công nghệ mới trước khi họ có thể khởi động bất kì cố gắng nào nhằm khảo sát vũ trụ vô tuyến.

Grote Reber và chiếc kính thiên văn vô tuyến trong sân sau nhà ông

Thiên văn học vô tuyến ra đời

Cuộc chạy đua phát triển công nghệ vô tuyến radar cho mục đích quân sự trong Thế chiến thứ hai có tác động to lớn lên thiên văn học. Sau khi chiến tranh kết thúc, các chương trình thiên văn học trên khắp thế giới bắt đầu làm việc hăm hở nhằm khám phá phổ vô tuyến, sử dụng các công nghệ - và trang thiết bị còn dư lại – hình thành trong thời chiến. Chúng phần nào được kích thích bởi nghiên cứu trong thời chiến của Reber. Phần nhiều cố gắng mới tập trung vào những nơi mà các điều kiện quan sát cho thiên văn quang học truyền thống khó thực hiện, ví dụ như nước Anh đầy sương mù và Hà Lan. Nhiều nhà thiên văn truyền thống mong đợi sẽ học được chút gì đó bằng cách quan sát vũ trụ trong phần vô tuyến của phổ điện từ. Vì thế, các phương pháp mới đã mang lại cơ hội cho những đất nước (như Australia) và giới chuyên nghiệp (như kĩ sư điện tử) góp phần nào đó cho vũ trụ học trong quá khứ.

Kính thiên văn đầu tiên của Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia Mĩ,
một cái đĩa phản xạ 85 foot, hoàn thành năm 1958

Caltech, Harvard và các trường viện khác ở Mĩ đã khởi động các chương trình thiên văn học vô tuyến. Họ hợp nhất thành Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia do Quỹ Khoa học quốc gia tài trợ. Giống như nhiều lĩnh vực khoa học khác, thiên văn học vô tuyến nhanh chóng trở thành trọng tâm của sự đầu tư liên bang dành cho khoa học. Phần nhiều trong số này là nhằm mục tiêu củng cố nền an ninh quốc gia, vì thiên văn học vô tuyến và radar có thể xem xét các hoạt động của đối phương cũng như các ngôi sao ở xa.

Nguồn: AIP

Trần Nghiêm dịch

Còn tiếp...

Phần 33

Bài trước | Bài kế tiếp