Những khám phá vĩ đại của kính thiên văn Hubble (3)

Duy trì sức mạnh (2002–2009)

Bức ảnh Hubble này của một đám thiên hà minh họa cho khả năng bẻ cong ánh sáng của vật chất tối. Đa số thiên hà màu vàng thuộc về đám trên, nhưng các thiên hà xanh hình thù kì dị hướng tiếp tuyến với trung tâm của đám là những thiên hà nền phía sau có ảnh bị bóp méo khi ánh sáng của chúng đi qua vùng lõi đồ sộ của đám, nơi bị thống trị bởi vật chất tối. (Ảnh: NASA).

Đợt nâng cấp chính tiếp theo đó của Hubble hồi năm 2002 đã bổ sung thêm một camera nhạy, Camera Tiên tiến Dành cho Khảo sát (ACS), thiết bị đã mở rộng đáng kể khả năng cho chiếc kính thiên văn thu thập các bức ảnh trường sâu của vũ trụ. Một trong những nhiệm vụ ban đầu của nó là quan sát Trường Cực Sâu Hubble, một cái nhìn vào vũ trụ còn sâu hơn cả Trường Sâu Hubble hồi năm 1996. Camera Tiên tiến cũng là công cụ chính của chương trình Khảo sát Sự Tiến triển Vũ trụ (COSMOS), cuộc khảo sát bầu trời quy mô nhất mà Hubble từng thực hiện, chương trình đã chụp ảnh của hơn hai triệu thiên hà trong một mảng trời rộng hai độ vuông.

Trong số những thành tựu quan trọng nhất của cuộc khảo sát này là việc lập bản đồ vật chất tối đi cùng với những thiên hà đó. Đa phần vật chất trong vũ trụ chẳng phát ra ánh sáng và được cho là cấu tạo gồm những hạt khác với các hạt tìm thấy trong những nguyên tử thông thường. Pương pháp tốt nhất để lập bản đồ vật chất tối này là dựa trên sự hội tụ do hấp dẫn – sự bẻ cong các chùm ánh sáng khi chúng đi qua gần những đám vật chất lớn. Ảnh chụp Hubble của những đám thiên hà khổng lồ, nơi có thể chứa tới 10¹⁵ lần khối lượng Mặt trời, minh họa tuyệt vời cho cách thức sự có mặt của một khối vật chất lớn làm méo mó cái nhìn của chúng ta về những thiên hà nằm phía sau nó. Các nghiên cứu về sự hội tụ do hấp dẫn với kính Hubble, trong đó có chương trình khảo sát COSMOS, đã giúp chứng tỏ rằng sự phân bố của vật chất tối trong vật chất phù hợp tốt với các tiên đoán của các mô hình hình thành cấu trúc giả sử rằng vật chất tối cấu tạo gồm những hạt hạ nguyên tử cho đến nay chưa phát hiện ra, chúng chỉ tương tác qua lực hấp dẫn và lực yếu.

Ảnh Hubble chụp ngôi sao láng giềng Fomalhaut vào năm 2004 và 2006 cho thấy một chấm nhỏ xíu trong quỹ đạo xung quanh nó, đại diện cho ảnh chụp ánh sáng khả kiến đầu tiên của một hành tinh thuộc về một ngôi sao khác. Đa phần ánh sáng nhìn thấy trong bức ảnh này là ánh sáng tán xạ từ phía ngôi sao trên, chúng bị làm cho mờ đi bởi một dụng cụ gắn trong camera trên gọi là nhật hoa kế. (Ảnh: NASA)

Gần gũi với chúng ta hơn, Camera Tiên tiến của Hubble còn có ích trong việc quan sát các hành tinh chuyển động xung quanh những ngôi sao khác. Theo dõi ngôi sao sáng Fomalhaut, chỉ ở xa chúng ta 25 năm ánh sáng, đã mang lại ảnh chộp nhanh đầu tiên trong vùng sáng khả kiến của một hành tinh đang quay xung quanh một ngôi sao khác. Việc thu được ảnh chụp trực tiếp của những hành tinh ngoài hệ mặt trời như vậy là một thử thách gây ‘nản lòng chiến sĩ’ vì một ngôi sao thường tỏa sáng mạnh hơn các hành tinh của nó nhiều bậc độ lớn. Vì thế, một số camera của Hubble được trang bị các nhật hoa kế có thể chặn lại ánh sáng phát ra từ ngôi sao sáng ở giữa, giống như người ta có thể dùng tay để chặn bớt ánh chói của Mặt trời, để cho phép chúng ta nhìn thấy các hành tinh hoặc các đĩa bụi khí có thể đang quay xung quanh nó. Bức ảnh ghép ở trên cho thấy một hành tinh đang quay xa ngôi sao Fomalhaut ở khoảng cách bằng 10 lần bán kính quỹ đạo của Thổ tinh, và vết tích chuyển động của hành tinh trên từ năm 2004 đến 2006.

Cũng trong khoảng thời gian này trên Trái đất, vô số điều bất trắc đã gây họa cho sứ mệnh Hubble. Nhiều bộ phận trên phi thuyền đã và đang già quá tuổi thiết kế của chúng, và các con quay hồi chuyển thiết yếu cho việc ổn định sự định hướng của chiếc kính thiên văn trong vũ trụ đã bị hỏng hóc. Một sứ mệnh dịch vụ cuối cùng đã được lên kế hoạch nhằm đảm bảo sự hoạt động tiếp tục của chiếc kính thiên văn trong năm 2010, nhưng nó đã bị ông trùm NASA Sean O'Keefe hủy bỏ hồi năm 2004, sau sự tổn thất của vụ tai nạn tàu con thoi Columbia. Trước tình huống này, tiếng tăm khoa học của Hubble đã cứu rỗi nó. Phản ứng dữ dội của công chúng trước việc hủy bỏ chương trình này đã mang lại kết quả, và vào năm 2006, một trong những hành động đầu tiên của người kế nhiệm của O’Keefe tại NASA, Michael Griffin, là hồi phục chương trình nâng cấp cuối cùng cho Hubble.

Chuyến du hành cuối cùng (2009 về sau)

Bức ảnh Hubble này của tinh vân hành tinh NGC 6302 là một trong những bức ảnh đầu tiên được chụp bằng Camera Trường Rộng 3 mới lắp đặt vào năm 2009. (Ảnh: NASA)

Sứ mệnh dịch vụ cuối cùng rốt cuộc đã triển khai vào tháng 5 năm 2009. Lúc ấy, Hubble đã hỏng hóc nghiêm trọng. Ba trong số các thiết bị chính của nó – ACS, STIS và NICMOS – ngủ im lìm và chiếc kính thiên văn hết sức cần đến các con quay hồ chuyển mới, pin nguồn và một máy vi tính cho các hoạt động khoa học. Tuy nhiên, các nhà du hành trên tàu con thoi vũ trụ Discovery đã có thể thay thế mọi bộ phận cần thiết, làm sống lại ACS và STIS, và lắp đặt hai thiết bị mới. Một trong những thiết bị mới, Quang phổ kế Nguồn gốc Vũ trụ, là quang phổ kế nhạy nhất từ trước đến nay của Hubble và sẽ mở rộng chương trình đang triển khai về quang phổ học quasar để cung cấp nhiều mẫu lõi của chất khí giữa các sao. Còn thiết bị mới kia, Camera Trường Rộng 3, là camera nhạy nhất của chiếc kính thiên văn lịch sử này và nó đã nhận ra các thiên hà ở xa hơn bất kì thiên hà nào được tìm thấy trước đó trong những ảnh chụp sâu nhất của Hubble. Và, tất nhiên, camera mới nhất đó cũng đang cung cấp những bức ảnh ngoạn mục hơn để trang hoàng trang nhất của các tờ báo in và tạp chí.

Nếu mọi thứ diễn ra suôn sẻ, thì Kính thiên văn vũ trụ Hubble sẽ tiếp tục thực hiện những khám phá nổi bật cho đến khi chiếc kính kế nhiệm của nó đi vào hoạt động. Điều đó xảy ra vào năm 2014, khi Kính thiên văn vũ trụ James Webb cuối cùng được bay vào quỹ đạo. Với một gương chính để thu thập dữ liệu to hơn gấp bảy lần so với Hubble, nó sẽ có thể phát hiện ra các thiên hà ở xa hơn cả những thiên hà mà Hubble tìm thấy và thậm chí có thể còn tìm thấy những thiên hà sơ khai nhất trong quá trình hình thành vũ trụ. Kì vọng thì cao, nhưng chiếc kính thiên văn mới không phải có những trở ngại của nó trong quá trình triển khai và phát triển.

Tác giả Mark Voit là giáo sư thiên văn vật lí tại trường Đại học Bang Michigan, Hoa Kì.

Trần Nghiêm dịch