Dùng Mặt trăng làm đài quan sát vũ trụ xa xưa nhất

8 giờ trướcBài gốc

Đài quan sát trên Mặt trăng sẽ giúp thu những tín hiệu radio tốt nhất

Lần đầu tiên, các nhà khoa học tại Đại học Tel Aviv đã dự đoán những gì có thể được tiết lộ khi con người phát hiện ra những sóng vô tuyến cổ đại vẫn còn du hành trong không gian từ buổi bình minh của Vũ trụ.

Nghiên cứu cho thấy trong “thời kỳ tăm tối”, giai đoạn trước khi những ngôi sao đầu tiên ra đời, vật chất tối đã tập hợp lại thành những cụm dày đặc, kéo theo khí hydro xung quanh. Sự tương tác này khiến hydro phát ra những tín hiệu vô tuyến mạnh mẽ, và những tín hiệu đó, dù mờ nhạt, có thể vẫn còn vang vọng tới ngày nay.

Nghiên cứu do Giáo sư Rennan Barkana (Trường Vật lý và Thiên văn Sackler, Đại học Tel Aviv) dẫn đầu, cùng nghiên cứu sinh tiến sĩ Sudipta Sikder và các cộng sự đến từ Nhật Bản, Ấn Độ và Vương quốc Anh. Công trình vừa được công bố trên Nature Astronomy.

Mặt trăng - đài quan sát vô tuyến lý tưởng cho vũ trụ sơ khai

Các nhà khoa học giải thích rằng “thời kỳ tăm tối vũ trụ”, giai đoạn trước khi các ngôi sao đầu tiên hình thành, có thể được khám phá thông qua việc thu nhận sóng vô tuyến phát ra từ khí hydro bao phủ vũ trụ khi ấy. Tuy ăng-ten thông thường có thể dễ dàng bắt sóng vô tuyến, nhưng những bước sóng đặc trưng của thời kỳ này lại bị chặn bởi tầng khí quyển Trái đất.

Vì thế, để quan sát được, các thiết bị thu sóng phải được đặt ngoài không gian, và đặc biệt là trên Mặt trăng, nơi không có bầu khí quyển hay nhiễu sóng do con người tạo ra.

Xây dựng một kính thiên văn vô tuyến trên Mặt trăng là thách thức công nghệ to lớn, song ngày càng khả thi khi các cường quốc như Mỹ, châu Âu, Trung Quốc và Ấn Độ đều đang chuẩn bị cho những sứ mệnh Mặt trăng mới. Mỗi cơ quan vũ trụ đều tìm kiếm mục tiêu khoa học xứng đáng cho các trạm Mặt trăng trong tương lai, và nghiên cứu này đã chỉ ra một hướng đầy triển vọng: lắng nghe tín hiệu vô tuyến còn sót lại từ “thời kỳ tăm tối” của vũ trụ.

Lần theo dấu vết vô hình trong ánh sáng của hydro

Giáo sư Barkana chia sẻ: “Kính thiên văn James Webb của NASA gần đây đã phát hiện những thiên hà xa xôi, mà ánh sáng của chúng bắt nguồn từ thời điểm khoảng 300 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang). Nghiên cứu của chúng tôi đi xa hơn nữa, tới giai đoạn chỉ 100 triệu năm sau Big Bang, thời kỳ còn bí ẩn hơn: thời kỳ tăm tối”.

Ông cho biết, các mô phỏng máy tính dự đoán vật chất tối trong toàn Vũ trụ đã bắt đầu tụ lại thành những khối dày đặc, về sau sẽ là “hạt nhân” hình thành sao và thiên hà đầu tiên. Kích thước của những “hạt vật chất tối” này phụ thuộc vào bản chất của vật chất tối, yếu tố mà con người vẫn chưa hiểu rõ.

Dù không thể quan sát trực tiếp, song các cụm vật chất tối đã kéo hydro về phía mình, khiến hydro phát ra sóng vô tuyến mạnh hơn. Nhóm nghiên cứu dự đoán tổng hợp hiệu ứng của hàng tỉ cụm như vậy sẽ tạo nên tín hiệu có thể được phát hiện bằng các ăng-ten vô tuyến đo cường độ trung bình của bầu trời.

Bắt sóng những tín hiệu đầu tiên của Vũ trụ

Tín hiệu vô tuyến từ “thời kỳ tăm tối” rất yếu, song nếu vượt qua được rào cản quan sát, nó sẽ mở ra một hướng hoàn toàn mới để kiểm chứng bản chất của vật chất tối.

Khi những ngôi sao đầu tiên xuất hiện không lâu sau đó, giai đoạn gọi là “bình minh vũ trụ”, ánh sáng của chúng được cho là đã khuếch đại mạnh tín hiệu vô tuyến. Tín hiệu từ thời kỳ này có thể quan sát được bằng các kính thiên văn trên Trái đất, nhưng việc diễn giải sẽ phức tạp hơn do chịu ảnh hưởng từ quá trình hình thành sao.

Ngoài ra, các mảng kính thiên văn vô tuyến quy mô lớn có thể lập bản đồ toàn bầu trời, giúp nhận diện các vùng phát xạ mạnh hoặc yếu, qua đó truy dấu những cụm vật chất tối. Giáo sư Barkana hiện cũng tham gia Dự án Square Kilometre Array (SKA), liên minh quốc tế đang xây dựng mạng lưới hơn 80.000 ăng-ten vô tuyến tại Australia, hứa hẹn trở thành công cụ mạnh mẽ nhất trong lĩnh vực này.

Cánh cửa mới mở ra cho bí ẩn vật chất tối

Các nhà nghiên cứu nhận định, phát hiện này có thể mang ý nghĩa rất lớn trong việc hiểu về bản chất của vật chất tối. Trong vũ trụ hiện nay, vật chất tối đã chịu ảnh hưởng hàng tỷ năm từ các ngôi sao và thiên hà, khiến việc giải mã trở nên khó khăn hơn. Ngược lại, vũ trụ sơ khai, nơi chưa có sao hay bụi, lại là phòng thí nghiệm hoàn hảo cho các nhà vật lý thiên văn.

Giáo sư Barkana kết luận: “Cũng như việc những đài phát thanh cũ đang được thay thế bằng công nghệ mới, các nhà thiên văn học đang mở rộng phạm vi của thiên văn vô tuyến. Mỗi khi con người mở ra một ‘cửa sổ quan sát’ mới, những khám phá bất ngờ lại xuất hiện.

Mục tiêu tối thượng của vật lý là hiểu được vật chất tối, thứ chiếm phần lớn khối lượng của vũ trụ nhưng vẫn là ẩn số. Chính vì thế, các nhà khoa học đang háo hức ‘bắt sóng’ những kênh vô tuyến đầu tiên của Vũ trụ để nghe lại tiếng vọng từ buổi bình minh của không gian”.

Bùi Tú

Nguồn Một Thế Giới : https://1thegioi.vn/dung-mat-trang-lam-dai-quan-sat-vu-tru-xa-xua-nhat-240621.html