Ngày nay, kính thiên văn nghiên cứu bầu trời trên mọi phần của dãy phổ điện từ.
Mỗi phần của quang phổ cho ta biết về nhiều điều khác nhau của Vũ Trụ,
mang đến những mảnh ghép để giải mã bức tranh Vũ Trụ bí ẩn đầy hóc búa.
Nhiều kính thiên văn mạnh nhất trên mặt đất và trong không gian
đã cùng tham gia vào một chiến dịch quan sát độc đáo trong suốt 10 năm, có tên là GOODS,
chạm đến mọi phần trên dãy quang phổ và lùi sâu vào thời gian của Vũ Trụ.
Đây là chương trình Hubblecast - với tin tức và hình ảnh từ kính thiên văn không gian Hubble của NASA / ESA,
cùng du hành xuyên qua thời gian và không gian, với Tiến sĩ J., hay Tiến sĩ Joe Liske.
Xin chào và chào mừng bạn đến với tập "multicast" đặc biệt.
Hôm nay ta sẽ cùng tìm hiểu về chương trình hợp tác đặc biệt
với sự tham gia của nhiều kính thiên văn mạnh nhất trên thế giới
dưới mặt đất và trong không gian.
Để làm được điều này, chúng tôi cùng hợp tác với chương trình
ESOcast, Hubblecast,
chương trình "Vũ Trụ Bí ẩn" của Kính thiên văn Không gian Spitzer
và chương trình "Nét đẹp của Vũ Trụ" từ Đài quan sát tia X Chandra.
Tôi là Megan Watzke đến từ chương trình Nét đẹp của Vũ Trụ thuộc Trung tâm tia X Chandra.
Và tôi là Tiến sĩ Robert Hurt đến từ chương trình Vũ Trụ Bí ẩn thuộc Trung tâm Khoa học Spitzer của NASA.
Điểm mấu chốt của dự án này
chính là sự kết hợp của nhiều quan sát sâu đến từ nhiều kính thiên văn khác nhau.
Kính thiên văn nhìn càng lâu vào mục tiêu,
các quan sát càng trở nên nhạy bén và chúng ta có thể nhìn sâu hơn vào không gian.
Nhưng để có được bức tranh toàn cảnh về những gì đang diễn ra trong Vũ Trụ,
các nhà thiên văn học cũng cần quan sát một loạt ở nhiều bước sóng khác nhau,
đòi hỏi phải quan sát với nhiều loại kính thiên văn khác nhau.
Đây là ý tưởng chính cho Khảo sát Sâu về Nguồn gốc thực hiện bởi những Đài quan sát Vĩ đại,
hay gọi tắt là GOODS.
Dự án GOODS quy tụ nhiều đài quan sát thiên văn tiên tiến nhất thế giới,
gồm có Kính thiên văn Rất Lớn của ESO,
Kính thiên văn Không gian Hubble của NASA/ESA,
Kính thiên văn Không gian Spitzer,
Đài quan sát tia X Chandra cùng nhiều đài quan sát khác,
mỗi kính quan sát cực sâu vào Vũ Trụ xa xôi,
trên mọi dãy của phổ điện từ.
Bằng cách kết hợp sức mạnh của chúng và quan sát cùng một khu vực trên bầu trời,
các đài quan sát của GOODS mang đến một cái nhìn độc đáo
về sự hình thành và phát triển của các thiên hà theo dòng chảy thời gian của Vũ Trụ,
và lập bản đồ về lịch sử mở rộng của Vũ Trụ.
Đây không phải là lần đầu tiên kính thiên văn được sử dụng để quan sát cực sâu vào Vũ Trụ.
Ví dụ, Trường Sâu Hubble là một bức ảnh rất sâu
về một khu vực nhỏ trong chòm sao phía bắc Ursa Major.
Bức ảnh này tiết lộ hàng ngàn thiên hà xa xôi
mặc dù tên thực tế toàn bộ vùng này thực sự chỉ bằng một đốm nhỏ trên bầu trời,
với kích thước chỉ bằng một hạt cát nằm trên chiều dài của một cánh tay.
Với GOODS,
nhiều đài quan sát khác nhau đã dùng sức mạnh của mình để thực hiện hai mục tiêu lớn hơn,
một là tập trung vào Trường Sâu Hubble gốc trên bầu trời phương bắc,
và hai là tập trung vào một mục tiêu sâu khác,
Trường Sâu Chandra phía Nam, trên bầu trời phương nam.
Mỗi trường chính của GOODS lớn gấp 30 lần so với Trường Sâu Hubble,
và các quan sát bổ sung bao phủ một diện tích bằng kích thước của đĩa Trăng Tròn.
Hai khu vực này đã từng được vài đài quan sát khám phá mở rộng,
và do đó, việc kết hợp giữa dữ liệu lưu trữ hiện có cùng nhiều quan sát mới, kỹ lưỡng
cho chúng ta một cái nhìn chưa từng thấy về lịch sử của thiên hà.
Tại Kính thiên văn Rất Lớn của ESO trên đỉnh Cerro Paranal, mỗi chiếc gương khổng lồ có đường kính 8,2 m
được sử dụng với tổng số đêm quan sát chi tiết lên đến gần 100 đêm.
Kính thiên văn đã tạo ảnh của các vùng trong bước sóng hồng ngoại gần,
và ở bước sóng giữa ánh sáng khả kiến và ánh sáng cực tím.
Ở những bước sóng ngắn này, chỉ có kính thiên văn tại vị trí đặc biệt
như của kính VLT ở Cerro Paranal
có cơ hội quan sát xuyên qua bầu khí quyển của Trái Đất.
Kính thiên văn Không gian Hubble của NASA / ESA quan sát
quan sát vùng GOODS ở bước sóng khả kiến và hồng ngoại gần,
để dò tìm các thiên hà tạo sao xa xôi cùng nhiều thứ khác.
Hubble đã dành tổng cộng 5 ngày để quan sát các vùng này,
tức là quay lại khu vực này đến 5 lần.
Mỗi lần quan sát được thực hiện cách nhau 45 ngày.
Với việc quan sát dàn trải như thế này,
Hubble đã có thể theo dõi nhiều vụ nổ supernova mới xuất hiện trong nhiều tháng,
cung cấp thông tin chính để nghiên cứu về sự giãn nở và gia tốc của Vũ trụ
gây ra bởi năng lượng tối bí ẩn.
Nhưng không chỉ có Hubble thực hiện quan sát ngoài không gian cho GOODS...
Kính thiên văn không gian Spitzer của NASA đã chụp khu vực của GOODS
trong ánh sáng hồng ngoại gần và giữa trong 5 ngày,
ở bước sóng dài hơn gấp 30 lần so với quan sát của Hubble.
Những bước sóng dài hơn này rất quan trọng để phát hiện nhiều thiên hà xa xôi
bị bụi Vũ Trụ che khuất ánh sáng của chúng,
hoặc ánh sáng của chúng bị kéo dài do sự giãn nở của Vũ Trụ, khiến Hubble không thể thấy được.
Đối với các thiên hà xa xôi này,
hình ảnh Spitzer còn cho các nhà thiên văn học biết thêm về tuổi tác và tổng khối lượng sao của chúng
-- bổ sung thêm thông tin cho dữ liệu của Hubble.
Bây giờ, hãy chuyển từ hồng ngoại sang bước sóng ngắn hơn nhiều...
Cũng nằm trên quỹ đạo, Đài quan sát tia X Chandra đã từng quan sát vùng GOODS
trong nhiều đợt quan sát dài hạn được thực hiện suốt một năm.
Đây là ảnh chụp bằng tia X sâu nhất từ trước tới nay được Chandra thực hiện,
và phát hiện hơn 200 nguồn tia X
được cho là đến từ nhiều lỗ đen siêu khối lượng ở trung tâm của các thiên hà trẻ.
Tia X được tạo bởi những đám khí liên sao cực nóng
rơi vào trong lỗ đen.
Quan sát đa bước sóng này đã xác định hàng chục ngàn thiên hà.
Để có được sự hiểu biết đầy đủ về lịch sử và sự phát triển của thiên hà
trong phạm vi rộng lớn của lịch sử Vũ Trụ,
chúng ta cần xác định chính xác khoảng cách của chúng,
và đặt chúng đúng thời điểm trong thời gian của Vũ trụ.
Vì những thiên hà này ở rất xa,
sóng ánh sáng chúng ta thấy ngày nay
đã trải qua chuyến hành trình dài vào khoảng 13 tỷ năm về trước,
và do Vũ Trụ đang mở giãn nỡ kể từ Big Bang,
lúc đó Vũ Trụ còn chưa bằng 1/7 kích thước hiện tại.
Trong chuyến hành trình dài hàng tỷ năm của ánh sáng,
bước sóng của nó đã bị kéo dài khi kết cấu của không gian được mở rộng.
Hiệu ứng này được biết đến với tên gọi là "dịch chuyển đỏ",
ví dụ, sóng ánh sáng ban đầu có bước sóng màu xanh lam hoặc màu cực tím
dịch chuyển sang bước sóng dài hơn, đỏ hơn.
Trở lại mặt đất, các nhà thiên văn học đã sử dụng quang phổ kế
trên Kính thiên văn Rất Lớn của ESO
để thu quang phổ của các thiên hà,
kéo ánh sáng của chúng như dãy màu của cầu vồng.
Quang phổ cho phép các nhà thiên văn học đo đạc
dịch chuyển đỏ của các thiên hà và biết được khoảng cách của chúng.
Một chiến dịch mở rộng đã tạo ra dịch chuyển đỏ
cho gần 3000 thiên hà trong vùng GOODS.
Với thông tin này, ta có thể đặt các thiên hà
ở khoảng cách dọc theo một không gian hình nón rộng lớn,
trải dài từ điểm nhìn của chúng ta
giống như dùng một chiếc đèn pha rọi vào Vũ Trụ.
Chúng ta có thể thực hiện một chuyến hành trình kỳ thú
xuyên qua đường hầm này tiến đến rìa Vũ Trụ.
Ở một số nơi, nhiều thiên hà tập hợp lại với nhau,
tạo thành cấu trúc có quy mô lên tới hàng chục triệu năm ánh sáng.
Nhờ có GOODS và nhiều khảo sát khác trong cùng khu vực,
các khu vực này được nghiên cứu kỹ lưỡng
với nhiều quan sát sâu, có độ phân giải cao trên một phạm vi bước sóng rộng,
và còn hơn thế nữa.
Ví dụ, kính thiên văn Thử nghiệm Phương pháp quan sát mới Atacama hay APEX,
đã dành tổng cộng 300 giờ
-- gần đủ 14 ngày --
chụp ảnh khu vực ở bước sóng hạ mi-li-met,
tại khu vực thuộc Cao nguyên Chajnantor cao 5000 m ở dãy Andes của Chile.
Quan sát ở bước sóng này rất lý tưởng
để tìm ánh sáng dịch chuyển đỏ của nhiều thiên hà bụi xa xôi trong Vũ Trụ sơ khai.
Do ánh sáng hạ mi-li-met có bước sóng dài hơn,
ảnh của APEX không sắc nét như ảnh chụp bằng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại.
Tuy vậy, nhờ ảnh quan sát sâu của Spitzer,
cũng như ảnh được thực hiện ở bước sóng radio,
ta có thể kết hợp và xác định nhiều thiên thể được APEX phát hiện
với các thiên hà nhìn thấy ở bước sóng khác.
Đốm đỏ của ánh sáng hạ mi-li-met cho thấy
hàng trăm ngôi sao đang được hình thành mỗi năm trong những thiên hà này.
Trong vài năm tới,
ALMA, Tổ hợp kính thiên văn Lớn quan sát sóng Mi-li-met/hạ mi-li-met Atacama,
hiện đang được xây dựng trên cùng cao nguyên với APEX,
sẽ bắt đầu cho nhiều quan sát khoa học đầu tiên.
Cũng quan sát ở bước sóng hạ mi-li-met,
tổ hợp này có độ nhạy lớn hơn nhiều so với APEX
và độ phân giải thậm chí còn tốt hơn Hubble.
ALMA sẽ cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về Vũ Trụ sơ khai
qua việc tiết lộ thêm nhiều thiên hà xa xôi, bị bụi che khuất
hoàn toàn không thể nhìn thấy bằng kính thiên văn quang học và hồng ngoại.
Dự án này là một ví dụ tuyệt vời về cách nhiều đài quan sát lớn
kết hợp với nhau, trên mọi phần của phổ điện từ,
cho chúng ta một cái nhìn hoàn thiện hơn về các thiên hà xuyên suốt lịch sử của Vũ trụ.
Các nhà thiên văn học đã viết hơn 400 bài báo dựa trên dữ liệu này,
thậm chí còn nhiều hơn thế!
Và trên hết, quan sát các khu vực của GOODS sẽ được tiếp tục trong tương lai.
Những mảng trời này sẽ là mục tiêu chính
cho thế hệ kính thiên văn tiếp theo trên mặt đất và cả trong không gian,
và các nhà thiên văn học trên khắp thế giới sẽ sử dụng dữ liệu này
để tìm hiểu nhiều điều mới mẻ về Vũ Trụ trong nhiều năm tới.
Đã đến lúc gửi lời chào tạm biệt đến 2 người bạn của chúng ta,
Tôi là Tiến sĩ J. đồng hành cùng chương trình ESOcast và Hubblecast...
Tôi là Tiến sĩ Robert Hurt đồng hành cùng chương trình Vũ Trụ Bí ẩn thuộc Trung tâm khoa học Spitzer,
đừng quên rằng có cả một Vũ Trụ Bí ẩn đang đợi bạn khám phá.
Và tôi là Megan Watzke đồng hành cùng Đài quan sát tia X Chandra và chương trình Nét đẹp của Vũ Trụ.
Lần sau hãy cùng tôi tham gia vào một cuộc phiêu lưu khác vào Vũ Trụ,
chắc chắn sẽ khiến chúng ta phải kinh ngạc còn hơn cả trí tưởng tượng hoang dại của nhân loại.
Hubblecast được sản xuất bởi ESA / Hubble tại Tổ chức Nghiên cứu thiên văn châu Âu tại Nam Bán cầu (Đức).
Sứ mệnh Hubble là dự án hợp tác quốc tế giữa NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu.
Cảm ơn bạn đã đồng hành cùng Hubble, cũng đừng bỏ lỡ nhiều điều thú vị từ mặt đất:
Chương trình ESOcast giới thiệu nhiều khám phá nổi bật của Đài thiên văn phía Nam của châu Âu
cùng với nhiều kính thiên văn mạnh mẽ quan sát từ dãy núi cao Andes của Chile
tại vùng đất Nam Bán cầu nổi tiếng với nhiều quan sát thiên văn học.