Vũ trụ khôngnhìn thấy (1) Michael Rowan-Robinson Khi chúng ta nhìn vào bầu trời đêm trongsáng,chúng ta thấy chỉ một phần của cáimà vũ trụ chứa trong nó: chủ yếu là các ngôisaotrong thiên hà củachúng ta phát sáng trongdải bước sóngkhả kiến hẹp từ 390 đến 750 nm. Các kính thiên văn quanghọcđã mở rộng tầmnhìn đó đến những thiên hà xa xôi, nhưngchỉ trongthế kỉ quahaychừng khoảngthờigian ấy, khichúngta bắt đầu quansát một ngưỡng rộngnhữngbước sóngđiện từ khôngnhìn thấy, thìvở kịchtổng thể của vũ trụ mới được vén mànbí ẩn. Bứcxạ khôngnhìn thấy đầutiênđược phát hiện ra là nằm trong vùng hồng ngoại,ở những bướcsóng từ 750nm đến1 mm. Nó đượcphát hiện ra vào năm 1800 khinhà thiên văn học naAnhWilliam Herschelsử dụng một lăngkính để phân tách ánhsáng mặt trời và nhìn thấy mực thủy ngân của một nhiệt kế đặt ngoài đầu đỏ của quangphổ bắt đầudânglên. Thiênvăn họchồng ngoại ra đời vào thập niên 1960. Nó nghiên cứu cácvật thể trong vũ trụ ở nhữngnhiệt độ từ 10 đến 100 kelvin: các tiểu hành tinh,sao chổi, bụi giữacác sao,những ngôi saomới chàođời và các thiênhà. Môitrường giữa các saocủa cặpđôi thiên hà Antenchỉ phát ra phổ hồng ngoại – nó trôngtối đen tại bướcsóng ánhsángmà mắt chúngta có thể nhìnthấy. (Ảnh: NASA/ESA/HHT/STSCI/AURA) Từ bụi đến bụi Nguồn phát đáng kể nhấtcủa ánh sáng hồng ngoại đi tớitrái đấtlà môi trường giữa các sao. Hỗn hợp khí vàbụi này trànkhắp không giangiữa cácsao trong các thiênhà và có nhiệt độ từ 10 đến 50 kelvin.Nó chỉ phát xạ trong vùng hồng ngoại, và làmlu mờ ánh sángnhìn thấy phát ra từ những ngôi saoở xa, làm đỏ hóa màu sắc của chúng. Ảnh chụp trựctiếp đầu tiên củabụi giữacác saoxuất hiện vào năm 1983với Vệ tinh Thiên văn họcHồng ngoại (IRAS),một chiếckính thiên vănvũ trụ do Mĩ, Hà Lanvà Anh quốctài trợ.Đó là một thời khắc đángnhớ tronglịch sử thiên văn học. Việc quan sát bụi giữa các sao cho phép chúngta nhìn thoángqua chu kì trọn vẹn củacuộc sống và cái chếtcủa ngôi sao, cả sự hình thành củanhữngngôi saovà hệ hành tinh mới từ bụi – thỉnh thoảng trongnhữngđợtdữ dội như khicác thiên hà xa xôi va chạm nhau– từ lâu trước khinhững ngôi saonày trở nên khả kiến trướccác kínhthiênvăn quanghọc. Một thí dụ tiêu biểu là cặp thiên hà đang ló dạng tên gọilà Anten,cách chúng ta khoảng 45 triệu năm ánh sáng:những vùng hồng ngoại sáng nhấtcủa chúng làtối đenở những bước sóngnhìn thấy. Các quansát hồng ngoại còn cho biết những ngôisao đang quađời tốngra các đám mây bụivà khí, làmđầy thêmmôi trường giữa các sao. Bụi đó chủ yếu là silicatevà carbonvô định hình – cátvà bồ hóng. Sự sản sinh chất bụi này là thiết yếu cho sự tồn tại củachúngta: mỗi nguyêntử carbon trongcơ thể chúng ta được tạo ra tronglõi củamột ngôi sao,nóđược giải phóng rakhingôi saoquađời, và trôi giạt trongmôitrường giữa các saotrước khi bị hút vào hệ mặt trời của chúng ta. Những thế giới khác Kínhthiên vănvũ trụ hồngngoại chuyêndụng đầu tiên, IRAS,tìm thấy các đĩa bụi cùng những mảnh vỡ khác xung quanh một số ngôi saosáng, manglại phươngpháptìm kiếm các hệ hànhtinh.Các khảo sát hồng ngoại kể từ đó đã phát hiện ranhiều đĩa mảnhvỡ và các hànhtinh đang trong quátrình hình thành. Các hành tinhngoàihệ mặt trời hình thànhtrọnvẹn nhấtđã được các kính thiên văn quanghọcphát hiện ra hoặc quasự biến thiên nhỏ của vận tốc ngôisao khi hànhtinhquay xungquanhnó,hoặc sự giảm đi rấtít độ sáng của ngôi sao khi hành tinhđi quaphíatrước ngôi sao. Các thiết bị hồng ngoại, như Kínhthiên văn vũ trụ Spitzer,có vai trò bổ sungquan trọng. Chúngtìmkiếm “Mộc tinhnóng”, những hànhtinh nặng quỹ đạo gần, khi chúng đi qua phía trướcngôi saochủ. Một thiết bị hồng ngoại trên Kínhthiên văn Rất Lớncủa Đàithiên vănNam châu Âu là thiết bị đầu tiêncung cấp mộtảnh chụp trựctiếp củamột hành tinh ngoài hệ mặt trời. Vật thể này, đangquay xungquanh một ngôi sao lùnnâu,nặng hơnMộc tinh đến nămlần. Các nguồn gốc thiên hà Vì các quan sát hồng ngoại do thám các ngôi saokhi chúng hìnhthành và qua đời, nênchúngta cóthể sử dụng để nhìn ngược về thời gian, tìm hiểu xemcácngôi sao và thiên hàđã hình thành như thế nào trong lịch sử vũ trụ gần như xa đến tận thời Big Bang. Khi Tàu khảo sát Bứcxạ nền Vũ trụ (COBE) củaNASA, sứ mệnhvũ trụ phóng lên quỹ đạovào năm1999,đo được toànbộ bức xạ nền ở các bước sóng milimet và dưới milimet,nó tìm thấy một sự đóng góp mạnh mẽ từ những thiên hà ở xa. Hóa rahơn một nửanăng lượng phát ra bởinhữngngôi sao xaxôi ở các bướcsóng quanghọc và tử ngoại bị hấp thụ bởi bụi giữa các sao vàphát xạ trở lại trong vùng hồng ngoại trướckhinó đi tới chúngta, mang lại cơ sở hồng ngoại chokiến thức vũ trụ của chúng ta. Bứcxạ hồng ngoại còn quan trọngtrongviệc tìm hiểu xem các thiên hàđầu tiên nhất đã phát sinhnhư thế nào. Vũ trụ hiện đang giãn nở, nghĩa làđa số các thiên hàđanglùi ra xachúngta vàbức xạ mà chúngphátra chịu sự dịch chuyển Dopplersang nhữngbước sóng dài hơn. “Sự lệch đỏ” nàycó nghĩa là ánhsáng khả kiếnphát ra từ các thiên hà xa xôi nhấtđã biết, phát ra trongnhững tỉ năm đầu tiên sau BigBang, bị kéo giãn sangnhững bước sóng hồngngoại khinó đi tới chỗ chúng ta. Thiết bị sao: Herschel Đa số bước sóng hồng ngoại bị hấp thụ bởi nước và carbondioxide trong khí quyển, với chỉ một vài “cửa sổ” phổ hồngngoạihẹp đi tới đượcmặt đất. Do đó, các kính thiên vănhồng ngoại phải được lắp đặt trên đỉnh núi, hoặc tốt hơn là trong khônggian. Nhà vô địch hiện nay trong vương quốc hồngngoại là kínhthiênvăn Herschelcủa Cơ quan Vũ trụ châu Âu, nó bắt đầuhoạt độngvào năm 2009.Nó là chiếc kính thiên vănlớn nhất từng được đưa lên quỹ đạo, và nómang theomột quangphổ kế cùng haicamerabaoquát các bướcsóng từ 70 đến 500 micromet. Toàn bộ thiết bị nàyphải đượclàmlạnhxuống nhiệtđộ gần không độ tuyệtđối để ngăn sự phát xạ hồng ngoạiriêng của kínhảnh hưởng đếncác phép đo. Trongkhi dữ liệu màkính Herschelthu thập đangtrongquá trìnhphân tích, thì chiếc kínhthiên văn này vẫn tiếp tục cungcấp một số hình ảnhngoạn mụccủa các đám mây bụidạngsợi mảnh giữa cácsao trongđó các ngôi saocó thể đang hình thành, cũng như ảnh của các thiên hàvới những lượng lớn bất ngờ của khí bụi rất lạnh mà những nghiên cứu trước đây đã bỏ qua. . Vũ trụ khôngnhìn thấy (1) Michael Rowan-Robinson Khi chúng ta nhìn vào bầu trời đêm trongsáng,chúng ta thấy chỉ một phần của cáimà vũ trụ chứa trong nó: chủ yếu là. tầmnhìn đó đến những thiên hà xa xôi, nhưngchỉ trongthế kỉ quahaychừng khoảngthờigian ấy, khichúngta bắt đầu quansát một ngưỡng rộngnhữngbước sóngđiện từ khôngnhìn thấy, thìvở kịchtổng thể của vũ. sử dụng để nhìn ngược về thời gian, tìm hiểu xemcácngôi sao và thiên hàđã hình thành như thế nào trong lịch sử vũ trụ gần như xa đến tận thời Big Bang. Khi Tàu khảo sát Bứcxạ nền Vũ trụ (COBE)