Kính viễn vọng James Webb có thể thăm dò những khu vực sâu xa nhất ngoài hệ Mặt Trời mà chúng ta không thể nhìn thấy trước đây, hứa hẹn mở ra một kỷ nguyên mới của thiên văn học.

Sau hơn nửa năm từ khi phóng lên quỹ đạo với giá trị lên tới 10 tỷ USD, kính thiên văn James Webb là kính không gian mạnh nhất, tốn kém nhất và phức tạp nhất từng được con người chế tạo, đặt điểm L2 - cách Trái Đất 1,5 triệu km. 

Chiếc kính này mang một sứ mệnh tốn kém và mạo hiểm. Vậy những bức ảnh đầu tiên mà James Webb mang lại cho chúng ta, hé lộ điều gì mà khiến các nhà khoa học trên thế giới đều phải sửng sốt và thốt lên về những gì nhận được. 

Để khởi động cho những khám phá khoa học trong tương lai, các nhà khoa học từ Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA), Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), Cơ quan Vũ trụ Canada (CSA) và Viện khoa học Kính không gian Mỹ (STScl) đã lựa chọn những mục tiêu quan sát đầu tiên để nghiên cứu.

Đó là ảnh trường sâu về đám thiên hà SMACS 0723, "Vách đá vũ trụ" trong Tinh vân Carina, Tinh vân hành tinh Nhẫn phương Nam, Bộ tứ thiên hà Stephan's Quintet,… lần đầu tiên cung cấp những thông tin hoàn toàn mới về vũ trụ rộng lớn mà chúng ta đang khám phá.

Kính viễn vọng James Webb được ví như "cỗ máy thời gian", nó đưa chúng ta quay ngược trở về quá khứ hơn 13 tỷ năm trước để ngắm nhìn vũ trụ với những thiên hà trẻ nhất hình thành gần 1 tỷ năm từ Vụ nổ lớn (BigBang).

Những hình ảnh đầu tiên do Kính viễn vọng James Webb (JWST) thu được, đã công bố vào ngày 12/7 vừa qua. Đây chỉ là khởi đầu cho những kỳ công mà Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đã thực hiện.

Ngay khi bức ảnh chụp trường sâu (Webb deep field) đầu tiên của JWST được công bố, nó đã gây ấn tượng với công chúng trên toàn thế giới và nhiều vị nguyên thủ quốc tế như Tổng thống Mỹ Joe Biden, Tổng thống Pháp Emmanuel Macron đã chia sẻ sự kiện này.

Bức ảnh này giúp chúng ta "đi ngược quá khứ", trở lại vài triệu năm sau sự kiện Vụ nổ lớn (Big Bang) xảy ra cách đây khoảng 13,8 tỷ năm -  thời điểm các thiên hà đầu tiên được hình thành và ánh sáng nhấp nháy lên từ những ngôi sao đầu tiên.

Thomas Zurbuchen, phó quản trị viên phụ trách các sứ mệnh khoa học của NASA cho biết: "Đó là một khoảnh khắc xúc động khi bạn thấy vũ trụ đột nhiên tiết lộ một số bí mật của nó. Đây không phải là một hình ảnh mà là một thế giới quan mới."

JWST là kính viễn vọng lớn nhất từng được gửi vào không gian, với một chiếc gương có đường kính 6,4 mét, lớn hơn nhiều so với Hubble chỉ 2,4 mét. Đặc biệt, nó có thể phát hiện ánh sáng không nhìn thấy ở bước sóng hồng ngoại. Và JWST giống như một cái phễu ánh sáng, khi nó càng lớn thì chúng ta càng có thể nhìn xa và sâu hơn vào quá khứ của vũ trụ.

Chúng ta may mắn được ở trong một vũ trụ có cấu trúc liên kết nhận được tín hiệu từ các ngôi sao cổ đại. Kính viễn vọng James Webb sẽ mang sứ mệnh thu thập những ánh sáng đầu tiên của nó, cho phép con người nhìn thấy chi tiết của mọi thứ như những vùng mà các hành tinh đang hình thành. 

Hay trong Tinh vân Orion, ở đó chúng ta có thể xem xét những ngôi sao chỉ vài trăm nghìn năm tuổi. Điều này rất quan trọng bởi vì giả định của cộng đồng khoa học là các hành tinh hình thành rất nhanh, dưới một triệu năm tuổi.

Tổng Giám đốc Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) phát biểu trong một cuộc họp báo: "JWST sẽ ghi lại những hình ảnh chính xác đến mức có thể giúp chúng ta phân biệt được rằng liệu một hành tinh nào đó có thể sinh sống được hay không. Bên cạnh đó, quan điểm chưa từng có về vũ trụ dưới góc nhìn của Kính viễn vọng sẽ cho phép các nhà khoa học tìm ra những câu trả lời của những câu hỏi mà thậm chí còn chưa được đặt ra."

Đánh giá về kính thiên văn James Webb, Chủ tịch Hội Thiên văn và Vũ trụ học Việt Nam (VACA) Đặng Vũ Tuấn Sơn chia sẻ trên Dân trí: "Để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống, việc hiểu về thành phần khí quyển của các ngoại hành tinh là không thể thiếu, và vì vậy năng lực quan sát của James Webb sẽ giúp chúng ta sẽ sớm biết thêm về đặc điểm của nhiều hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời. Và như vậy, việc tìm thấy một dấu vết nào đó của sự sống có lẽ không còn quá xa".

Kính viễn vọng mạnh mẽ này sẽ nghiên cứu khoảng thời gian chưa đầy 300 triệu năm sau vụ nổ Big Bang, khi nhiều ngôi sao và thiên hà đầu tiên được sinh ra. 

Các nhà khoa học cũng sẽ sử dụng nó để quan sát bầu khí quyển của các thế giới khác. Chẳng hạn, những khám phá về nước và metan - thành phần chính của sự sống - có thể là dấu hiệu của khả năng sinh sống hoặc hoạt động sinh học. 

Và kính thiên văn James Webb sẽ đốt cháy một thời kỳ hoàng kim trong sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. 

Tinh vân là những đám mây bụi và khí bao la tồn tại ở hai cuối vòng đời của một ngôi sao. Một số là nơi sinh sống của những ngôi sao trẻ non nớt, trong khi những ngôi sao khác được tạo ra bởi cái chết bùng nổ của chúng. 

Nhưng trong cả hai trường hợp, tinh vân là nguyên nhân tạo ra một số hình ảnh tuyệt đẹp nhất mà chúng ta có về vũ trụ của mình - và thông qua ống kính của JWST, đã mang lại những cái nhìn hoàn toàn mới về nó.

James Webb đã quan sát một khu vực cụ thể nằm ở rìa của Tinh vân Carina: NGC 3324, nơi nhiều sao trẻ đang hình thành cách chúng ta khoảng 7.600 năm ánh sáng. Nhờ những quan sát hồng ngoại của JWST, cuối cùng chúng ta đã có thể nhìn xa hơn vào tinh vân này với một "vách đá" rộng tới hơn 7 năm ánh sáng.

Thoạt nhìn bức ảnh tinh vân Carina, nhiều người liên tưởng như đang chiêm ngưỡng một quang cảnh với những dãy núi trùng điệp, vách đá cheo leo ẩn hiện trong đêm trăng sáng. Song thực tế, nó là rìa của đám mây khí khổng lồ nằm trong NGC 3324.

Những "đỉnh" cao nhất của những "vách đá vũ trụ" này đo được trải rộng đến hơn 7 năm ánh. Còn những cái hốc của tinh vân giống như hang động chứa đựng khí và bụi, được tạo ra bởi bức xạ cực tím cường độ cao và gió sao từ các ngôi sao trẻ cực nóng xung quanh.

Trong khi, trong vùng màu cam của bức ảnh tinh vân Carina, những lớp khí và bụi bị ion hóa do bức xạ của những ngôi sao mới sinh, trông giống như những làn sương đang tỏa ra, chính ở đây những ngôi sao bắt đầu sinh sống.

JWST sẽ giúp các nhà thiên văn học hiểu sâu sắc hơn về sự hình thành các ngôi sao trẻ trong tinh vân và tác động của chúng đối với môi trường tinh vân. Quan sát của JWST sẽ giúp làm sáng tỏ quá trình hình thành sao và trả lời một số câu hỏi chưa có lời giải đáp từ trước đến nay: điều gì quyết định số lượng các sao trong một vùng không gian? Tại sao các ngôi sao hình thành với một khối lượng nhất định?

Bên cạnh đó, kính thiên văn JWST cũng đã tập trung ghi nhận một đám stardust riêng biệt là Tinh vân Eight Burst (Nhẫn phương nam) - NGC 3132, nằm cách hành tinh của chúng ta gần hơn nhiều so với Tinh vân Carina với khoảng 2.000 năm ánh sáng. 

Đối với tinh vân Nhẫn phương Nam, nhà thiên văn học Karl Gordon của NASA cho biết: "Đây là một tinh vân hành tinh do một ngôi sao sắp chết làm tràn một phần lớn khối lượng của nó lên trong những đợt sóng liên tiếp". 

Những sóng xung kích này có thể được nhìn thấy rõ ràng trong hình ảnh được JWST chụp lại bằng các thiết bị hiện đại NIRcam (Camera hồng ngoại) và MIRI (thiết bị hồng ngoại). Theo đó, chúng giống như là những gợn sóng giống trên mặt hồ đang lan tỏa ra từ trung tâm, hay nó như một tế bào sinh học. 

Hình ảnh NGC 3132 cho thấy một ngôi sao trung tâm và các lớp khí sáng nổi bật, Nircam giúp minh họa các lớp ánh sáng kết nối để tạo nên hệ thống phức tạp này. 

Trong khi, hình ảnh chụp bởi MIRI đã cho thấy một ngôi sao được bao quanh bởi bụi, các nhà khoa học đã ví nó như một quả trứng Phục sinh thú vị. Từ bức ảnh, chúng ta có thể thấy ngay tại trung tâm của con mắt vũ trụ, có hai ngôi sao hiện diện. Bên cạnh cái sáng hơn, là một ngôi sao sắp chết tạo ra tinh vân - chấm đỏ hơn ở bên trái. 

Trong quá khứ, bộ đôi sao này đã được khoa học đưa ra giả thuyết tồn tại. Chúng nhảy múa xung quanh nhau trong một điệu valse giữa các thiên hà. Nhưng chỉ khi có bức ảnh được chụp bởi KWST các nhà thiên văn mới lần đầu tiên được nhìn thấy rõ chúng.

Theo NASA, ngôi sao sáng hơn có thể sẽ phóng ra tinh vân hành tinh của chính nó trong tương lai - nhưng cho đến lúc đó, sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến sự xuất hiện của tinh vân, do đó mang lại cho chúng ta cảnh tượng sống động mà chúng ta thấy ngày nay. 

NASA cho biết: "Khi cặp đôi tiếp tục quay quanh nhau, chúng "khuấy động nồi" khí và bụi, tạo ra các mô hình không đối xứng."

Ngoài ra, trên hình ảnh bên phải ở trên, nếu chúng ta nhìn về phía trên cùng bên trái, sẽ thấy một đường màu xanh lam bí ẩn dường như đã bị văng ra từ tinh vân. Dòng nhỏ này có câu chuyện lớn của riêng nó.

Hình ảnh đáng kinh ngạc này về tinh vân đã giúp các nhà khoa học phát hiện ra vô số các vườn ươm sao mới nổi, các vách đá vũ trụ và các ngôi sao riêng lẻ, chúng gọi tinh vân này là nhà.

Cho đến nay, tất cả những chi tiết và lấp lánh vũ trụ đó hoàn toàn bị che khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta do bụi và khí dày xung quanh chúng - nhưng camera hồng ngoại JWST có thể xuyên thủng bức màn bí mật giữa các thiên hà đó theo đúng nghĩa đen và tiếp cận các điểm tham quan có giá trị bên trong. 

Việc giải mã hình ảnh này rất có thể làm sáng tỏ cách các ngôi sao được hình thành, loại vật chất tạo ra sao đi vào quá trình hình thành đó và thậm chí là mổ xẻ cơ chế của những cơn gió dữ dội, đầy sao ảnh hưởng đến không gian xung quanh. 

Và nếu bạn tò mò về tất cả những ngọn đồi, thung lũng và gai? Các nhà khoa học của NASA cũng vậy. Chúng là loại câu đố chưa được giải. Hay như Straughn nói, "chúng tôi thấy những ví dụ về cấu trúc, thành thật mà nói, chúng tôi thậm chí không biết chúng là gì."

Tuy nhiên, một điều mà JWST vừa mang lại là một cái nhìn đột phá về một thế giới ngoài hành tinh - một hành tinh ngoài hành tinh. 

(còn nữa)

Ảnh: NASA, ESA, CSA, STScl
Nội dung: Nam Đoàn
Thiết kế: Đỗ Diệp

07/08/2022