Các nhà thiên văn nóng lòng tìm kiếm dấu hiệu của sự sống và sự hợp nhất của lỗ đen khổng lồ

Các Kính thiên văn vũ trụ James Webb (JWST hoặc Webb) có thể nhận được tất cả sự tín nhiệm, nhưng một kỷ nguyên hoàn toàn mới của kính viễn vọng — trong không gian và trên mặt đất — được thiết lập để cách mạng hóa ngành thiên văn học trong hai thập kỷ tới.

Từ hố đen cho đến việc tìm kiếm sự sống và hơn thế nữa, tất cả những bí ẩn lớn nhất của thiên văn học đều nằm trên bàn — và các nhà thiên văn học đã lên kế hoạch tìm cách giải quyết chúng, sử dụng các công cụ từ kính viễn vọng không gian lớn nhất đến dãy kính viễn vọng vô tuyến nhỏ nằm rải rác trên sa mạc trên Trái đất. Ngay cả khi một số ý tưởng cảm thấy xa vời, các nhà thiên văn học vẫn đang nỗ lực suy nghĩ về cách tốt nhất để đưa những dự án này thành hiện thực và cách chúng sẽ bổ sung cho các công cụ tiên tiến ngày nay, như các nhà khoa học đã giải thích tại cuộc họp lần thứ 241 của Hiệp hội Thiên văn Hoa Kỳ tổ chức tại Seattle và trực tuyến vào đầu tháng này.

Jane Rigby, nhà thiên văn học tại Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA ở Maryland, người đã dẫn dắt các nhà khoa học trong năm đầu tiên của đài quan sát, cho biết: “JWST thật tuyệt, nhưng vẫn chưa đủ”. Cô ấy nói thêm, để thực sự đạt được tiến bộ, sẽ yêu cầu “sử dụng tất cả các công cụ trong bộ công cụ thiên văn của chúng tôi và các công cụ trong tương lai sẽ được lên kế hoạch và xây dựng.”

Có liên quan: 10 kính viễn vọng lớn nhất trên trái đất

Sinh học trên các hành tinh xa lạ

Bắt đầu từ quy mô nhỏ hơn, các cơ sở thiên văn trong tương lai cuối cùng – hy vọng – sẽ mang lại phát hiện đầu tiên về sự sống trên hành tinh khác trong những năm tới. ngoại hành tinh các nhà thiên văn học đang tìm kiếm các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác có các điều kiện mà sự sống có thể phát triển và đồng thời tìm ra cách “nhận biết liệu một hành tinh ngoài hệ mặt trời có thể hay không”. làm hỗ trợ sự sống,” Victoria Meadows, nhà sinh vật học vũ trụ tại Đại học Washington, cho biết tại hội nghị.

Tuy nhiên, nhận biết sự sống và hiểu điều kiện của một hành tinh là những nhiệm vụ thực sự phức tạp. Chúng ta không chỉ cần tìm kiếm các dấu hiệu thực sự của sự sống, được gọi là chữ ký sinh học, mà chúng ta còn cần hiểu bối cảnh mà chúng ta phát hiện ra những dấu hiệu đó – môi trường của hành tinh, thậm chí bao gồm hành vi của ngôi sao mà nó quay quanh. Thật thú vị, “JWST và kính viễn vọng trên mặt đất sẽ có thể bắt đầu tìm kiếm sự sống, giống như, ngay bây giờ,” Meadows nói.

Nhìn về phía trước, chính Đài thiên văn thế giới có thể ở được (HWO), được lên kế hoạch cho những năm 2030, sẽ có thể nhìn sâu hơn vào bầu khí quyển của các hành tinh này và cung cấp cho chúng ta cơ hội tốt hơn để tìm kiếm sự sống. Trong khi JWST chủ yếu sử dụng các quá cảnh — một hành tinh đi qua phía trước ngôi sao của nó — để quan sát các ngoại hành tinh có kích thước bằng Trái đất, thì Đài quan sát Thế giới có thể ở được sẽ thực hiện một cách tiếp cận trực tiếp hơn, chụp ảnh chính các hành tinh, thậm chí ở kích thước giống Trái đất.

Các đài quan sát Behemoth ở đây trên Trái đất cũng hứa hẹn những hiểu biết mới về việc tìm kiếm sự sống. Một loại đài quan sát mới được gọi là “Kính viễn vọng cực lớn” hoặc ELT đang được xây dựng ở Hawaii và Chile. Những dự án khổng lồ này sẽ có những chiếc gương có đường kính khoảng 98 feet (30 mét), cao gấp hai lần biển hiệu Hollywood và lớn hơn gần ba lần so với bất kỳ kính viễn vọng quang học nào khác đang tồn tại.

Mặc dù JWST, HWO và các đài quan sát trên không gian khác là những công cụ mạnh mẽ, nhưng chúng đi kèm với mức giá đắt đỏ, vì vậy các nhà thiên văn học sẽ dựa vào các kính thiên văn bổ sung trên mặt đất như họ vẫn luôn có — tuy nhiên, giờ đây những kính viễn vọng trên mặt đất đó sẽ mạnh mẽ hơn nhiều .

Các lỗ đen lớn nhất

Những thập kỷ tới cũng hứa hẹn những cách nhìn mới – hay đúng hơn là nghe – vũ trụ, bao gồm cả khả năng phát hiện nhiều loại vật thể lạ hơn. sóng hấp dẫn, hay những gợn sóng trong kết cấu của không-thời gian. “LIGO [the Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory] Chiara Mingarelli, nhà thiên văn học tại Viện Flatiron ở New York, cho biết trong hội nghị, hiện là máy dò sóng hấp dẫn duy nhất đã thực hiện quan sát trực tiếp sóng hấp dẫn và điều đó thật đáng kinh ngạc. toàn bộ quang phổ của sóng hấp dẫn — có rất nhiều tín hiệu mà nó không thể quan sát được.

Đối với các sóng hấp dẫn khác này, được phân biệt bởi tần số thấp hơn và tín hiệu kéo dài hơn, các nhà thiên văn học sẽ cần đợi máy dò đặt trên không gian được gọi là LISA, Anten không gian giao thoa kế laser. Giống như một máy dò LIGO khổng lồ, LISA sẽ giữ ba vệ tinh trong một hình tam giác khổng lồ và hoàn hảo khi tất cả chúng cùng quay quanh Trái đất. “Các nguồn LISA sẽ là những lỗ đen siêu lớn,” Mingarelli giải thích, trái ngược với những sự hợp nhất nhỏ hơn mà LIGO đã thấy.

Để tìm ra dấu hiệu sóng hấp dẫn của những vật thể khổng lồ lớn nhất và những sự bổ sung kỳ quặc khác vào khung cảnh âm thanh của vũ trụ mà thậm chí nằm ngoài tầm với của LISA, các nhà thiên văn học sẽ cần đến một kỹ thuật khác được gọi là định thời gian sao xung. sao xung đang quay những cái lõi chết của những ngôi sao lớn, mỗi cái bắn hai chùm ánh sáng vào không gian giống như một ngọn hải đăng vũ trụ. Các sao xung thường được sử dụng để tính thời gian cho các sự kiện trong vũ trụ vì chúng có thể dự đoán được đến mức việc giữ thời gian của chúng sẽ chỉ bị sai lệch 100 nano giây trong cả thập kỷ.

Khi sóng hấp dẫn đi qua các ẩn tinh, các nhà thiên văn học có thể phát hiện ra những thay đổi nhỏ trong nhịp điệu đều đặn của ẩn tinh. Phương pháp này hứa hẹn sẽ tiết lộ các cặp lỗ đen đang va chạm trong đó mỗi đối tác có khối lượng gấp khoảng một tỷ lần khối lượng của chúng ta. mặt trời; kỹ thuật này cũng có thể bắt đầu quan sát tango lỗ đen tới 25 triệu năm trước khi các vật thể hợp nhất.

Hàng chục kính viễn vọng vô tuyến trên toàn cầu, từ Deep Synoptic Array ở California đến kính viễn vọng MeerKAT ở Nam Phi và hơn thế nữa, đang được nâng cấp và làm việc cùng nhau để thu thập dữ liệu cần thiết cho việc xác định thời gian sao xung để tiết lộ tác động của sóng hấp dẫn từ lỗ đen siêu lớn.

Những dự án này chỉ là một phần nhỏ trong số những ý tưởng mà các nhà thiên văn học có cho tương lai của việc khám phá không gian. Nhưng bất kể công nghệ nào, từ ELT đến kính viễn vọng không gian cỡ lớn và hơn thế nữa, các nhà khoa học hy vọng chúng sẽ giúp trả lời những câu hỏi cơ bản nhất của chúng ta: chúng ta đến từ đâu và chúng ta có đơn độc không? Đó là thời điểm lịch sử đối với ngành thiên văn học và đối với nhân loại nói chung.

Theo dõi tác giả tại @briles_34 trên Twitter. Theo chúng tôi trên Twitter @Spacedotcom và hơn thế nữa Facebook.