Kính viễn vọng không gian Euclid đã tình cờ phát hiện ra vành đai Einstein đầu tiên của mình và nó thực sự tuyệt đẹp. Ngoài sức hấp dẫn về mặt thẩm mỹ, vành đai Einstein tròn hoàn hảo này còn cho phép các nhà nghiên cứu "cân" vật chất tối ở trung tâm của một thiên hà cách xa gần 600 triệu năm ánh sáng.
Tàu vũ trụ của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), được phóng vào tháng 7 năm 2023, đã phát hiện ra thấu kính hấp dẫn mạnh đầu tiên khi bắt đầu xây dựng bản đồ 3D chính xác nhất từng được tạo ra về vũ trụ.
Bản đồ sẽ đi sâu vào 10 tỷ năm lịch sử vũ trụ, giúp các nhà khoa học nghiên cứu những bí ẩn của vũ trụ tối: vật chất tối và năng lượng tối. Do đó, biệt danh không chính thức của Euclid là "thám tử vũ trụ đen tối".
Thấu kính hấp dẫn đang được đề cập đến là thiên hà NGC 6505, nằm cách xa khoảng 590 triệu năm ánh sáng. Mặc dù nghe có vẻ là một khoảng cách đáng kinh ngạc, nhưng thực tế thì đây là khoảng cách tương đối gần đối với một thấu kính hấp dẫn.
"Thấu kính hấp dẫn mạnh đầu tiên được Euclid phát hiện có những đặc điểm độc đáo", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Viện Vật lý thiên văn Quốc gia Massimo Meneghetti cho biết trong một tuyên bố. "Thật sự rất hiếm khi tìm thấy một thiên hà tương đối gần chúng ta, như thiên hà này được tìm thấy trong danh mục NGC (Danh mục thiên hà mới), một trong những danh mục các thiên hà gần đó hoạt động như một thấu kính hấp dẫn mạnh."
Các thiên hà gần Ngân Hà như vậy thường không thể hội tụ ánh sáng của các nguồn nền đủ mạnh để tạo thành nhiều hình ảnh — nghĩa là, trừ khi chúng chứa một lượng lớn vật chất ở vùng trung tâm của chúng.
Ánh sáng tạo nên vành đai Einstein hoàn hảo mà Euclid nhìn thấy đến từ một thiên hà xa hơn nhiều. Nó xa đến mức đã di chuyển đến chúng ta trong khoảng 4,4 tỷ năm, nghĩa là khi nó rời khỏi nguồn, hệ mặt trời đã khoảng 200 triệu năm tuổi.
Nhóm nghiên cứu này đã đặt biệt danh cho nó là "thấu kính Altieri" theo tên người phát hiện ra nó, nhà thiên văn học Bruno Altieri.
"Sự hình thành của các vành đai Einstein hoàn chỉnh như NGC 6505 là một sự kiện thậm chí còn hiếm hơn vì nó đòi hỏi thiên hà thấu kính và thiên hà nguồn phải thẳng hàng hoàn hảo với kính viễn vọng của chúng ta", Meneghetti nói tiếp. "Vì những lý do này, chúng tôi không mong đợi Euclid quan sát được nhiều thấu kính như NGC 6505.
"Ngay cả khi xem xét diện tích bầu trời rộng lớn sẽ được bao phủ trong nhiệm vụ, chúng tôi hy vọng có thể phát hiện ra nhiều nhất là 20 thấu kính như thế này."
Vòng Einstein có cùng tên với nhà vật lý nổi tiếng nhất trong lịch sử vì chúng xuất hiện từ một yếu tố trong thuyết tương đối rộng năm 1915 của Einstein, được gọi là "thấu kính hấp dẫn".
Như đã giải thích ở trên, nhờ thấu kính hấp dẫn, một vật thể phát sáng nền đơn lẻ có thể xuất hiện ở nhiều vị trí trong một hình ảnh duy nhất được chụp bởi kính thiên văn như Euclid. Những vật thể này có thể tạo thành các sắp xếp như vành đai Einstein, chữ thập Einstein và thậm chí là các đường zíc zắc Einstein hiếm hơn.
Thấu kính hấp dẫn NGC 6505 được phát hiện tình cờ trong một trong những mảng bầu trời đầu tiên mà Euclid quan sát, chỉ hai tháng sau khi phóng vào tháng 7 năm 2023 và trong giai đoạn xác minh sứ mệnh của nó.
Như đã giải thích ở trên, sự phân bố ánh sáng từ nguồn nền có liên quan chặt chẽ với khối lượng của thấu kính hấp dẫn, trong trường hợp này là NGC 6505.
Điều đó có nghĩa là vành đai Einstein này có thể được sử dụng như một đầu dò về sự phân bố khối lượng của thiên hà đó, bao gồm cả khối lượng vật chất tối vô hình của nó.
Ngoài ra, vì thấu kính của Altieri có bán kính nhỏ hơn NGC 6505 nên nhóm nghiên cứu có thể điều tra thành phần và cấu trúc của các vùng trung tâm thiên hà, nơi có nhiều ngôi sao và vật chất tối ít nổi bật hơn.
"Vì thấu kính hấp dẫn là phương pháp chính xác nhất để đo khối lượng, bằng cách kết hợp mô hình vành đai Einstein và sự phân bố của các ngôi sao trong thiên hà, chúng tôi có thể đo được rằng phần khối lượng bao gồm vật chất tối ở tâm thấu kính chỉ là 11 phần trăm", thành viên nhóm nghiên cứu Giulia Despali từ Đại học Bologna cho biết. "Chúng tôi nhớ rằng vật chất tối chiếm khoảng 85 phần trăm tổng vật chất trong vũ trụ của chúng ta, vì vậy các vùng trung tâm của các thiên hà thực sự kỳ lạ".
Các câu chuyện liên quan:
— Có một bí ẩn trong tốc độ giãn nở của vũ trụ của chúng ta và Kính viễn vọng không gian Hubble đang nghiên cứu
— Thật bất ngờ! Tốc độ giãn nở của vũ trụ có thể khác nhau tùy theo từng nơi
— Các nhà thiên văn học đánh giá lại tuổi của vũ trụ
Nhóm nghiên cứu đã có thể đo chính xác các đặc tính của NGC 6505. Điều này đã tiết lộ một cấu trúc phức tạp thay đổi theo khoảng cách từ tâm. Họ cũng có thể ước tính tỷ lệ các ngôi sao khối lượng thấp so với các ngôi sao khối lượng cao, một đặc tính được gọi là hàm khối lượng ban đầu.
"Do đó, các quan sát mới của Euclid giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cả vũ trụ tối và các quá trình hình thành và tiến hóa của các thiên hà", Despali tiếp tục.
Những hình ảnh như Vòng Einstein hoàn hảo này là biểu hiện của thấu kính hấp dẫn mạnh, nhưng trong tương lai, Euclid sẽ sử dụng sự biến dạng hấp dẫn nhỏ của "thấu kính hấp dẫn yếu" để nghiên cứu vũ trụ tối.
Mặc dù Euclid dự kiến sẽ phát hiện ra khoảng 20 sự kiện thấu kính hấp dẫn mạnh như thấu kính của Altieri, nhưng kính viễn vọng không gian này dự kiến sẽ tìm thấy hơn một trăm nghìn thấu kính hấp dẫn khác trong 14.000 độ vuông của bầu trời mà nó sẽ quan sát trong sứ mệnh của mình.
Kết quả sẽ là một bản đồ chi tiết về sự phân bố của vật chất, cả vật chất hữu hình và vật chất tối, trong các thiên hà và cụm thiên hà ở các khoảng cách khác nhau từ vũ trụ cục bộ. Do đó, Euclid sẽ giúp nghiên cứu bản chất và sự tiến hóa theo thời gian của cả vật chất tối và năng lượng tối.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Hai (ngày 10 tháng 2) trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
Tàu vũ trụ của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), được phóng vào tháng 7 năm 2023, đã phát hiện ra thấu kính hấp dẫn mạnh đầu tiên khi bắt đầu xây dựng bản đồ 3D chính xác nhất từng được tạo ra về vũ trụ.
Bản đồ sẽ đi sâu vào 10 tỷ năm lịch sử vũ trụ, giúp các nhà khoa học nghiên cứu những bí ẩn của vũ trụ tối: vật chất tối và năng lượng tối. Do đó, biệt danh không chính thức của Euclid là "thám tử vũ trụ đen tối".
Thấu kính hấp dẫn đang được đề cập đến là thiên hà NGC 6505, nằm cách xa khoảng 590 triệu năm ánh sáng. Mặc dù nghe có vẻ là một khoảng cách đáng kinh ngạc, nhưng thực tế thì đây là khoảng cách tương đối gần đối với một thấu kính hấp dẫn.
"Thấu kính hấp dẫn mạnh đầu tiên được Euclid phát hiện có những đặc điểm độc đáo", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà nghiên cứu của Viện Vật lý thiên văn Quốc gia Massimo Meneghetti cho biết trong một tuyên bố. "Thật sự rất hiếm khi tìm thấy một thiên hà tương đối gần chúng ta, như thiên hà này được tìm thấy trong danh mục NGC (Danh mục thiên hà mới), một trong những danh mục các thiên hà gần đó hoạt động như một thấu kính hấp dẫn mạnh."
Các thiên hà gần Ngân Hà như vậy thường không thể hội tụ ánh sáng của các nguồn nền đủ mạnh để tạo thành nhiều hình ảnh — nghĩa là, trừ khi chúng chứa một lượng lớn vật chất ở vùng trung tâm của chúng.
Ánh sáng tạo nên vành đai Einstein hoàn hảo mà Euclid nhìn thấy đến từ một thiên hà xa hơn nhiều. Nó xa đến mức đã di chuyển đến chúng ta trong khoảng 4,4 tỷ năm, nghĩa là khi nó rời khỏi nguồn, hệ mặt trời đã khoảng 200 triệu năm tuổi.
Nhóm nghiên cứu này đã đặt biệt danh cho nó là "thấu kính Altieri" theo tên người phát hiện ra nó, nhà thiên văn học Bruno Altieri.
"Sự hình thành của các vành đai Einstein hoàn chỉnh như NGC 6505 là một sự kiện thậm chí còn hiếm hơn vì nó đòi hỏi thiên hà thấu kính và thiên hà nguồn phải thẳng hàng hoàn hảo với kính viễn vọng của chúng ta", Meneghetti nói tiếp. "Vì những lý do này, chúng tôi không mong đợi Euclid quan sát được nhiều thấu kính như NGC 6505.
"Ngay cả khi xem xét diện tích bầu trời rộng lớn sẽ được bao phủ trong nhiệm vụ, chúng tôi hy vọng có thể phát hiện ra nhiều nhất là 20 thấu kính như thế này."
Vòng Einstein là gì?
Vòng Einstein có cùng tên với nhà vật lý nổi tiếng nhất trong lịch sử vì chúng xuất hiện từ một yếu tố trong thuyết tương đối rộng năm 1915 của Einstein, được gọi là "thấu kính hấp dẫn".
Như đã giải thích ở trên, nhờ thấu kính hấp dẫn, một vật thể phát sáng nền đơn lẻ có thể xuất hiện ở nhiều vị trí trong một hình ảnh duy nhất được chụp bởi kính thiên văn như Euclid. Những vật thể này có thể tạo thành các sắp xếp như vành đai Einstein, chữ thập Einstein và thậm chí là các đường zíc zắc Einstein hiếm hơn.
Thấu kính hấp dẫn NGC 6505 được phát hiện tình cờ trong một trong những mảng bầu trời đầu tiên mà Euclid quan sát, chỉ hai tháng sau khi phóng vào tháng 7 năm 2023 và trong giai đoạn xác minh sứ mệnh của nó.
Như đã giải thích ở trên, sự phân bố ánh sáng từ nguồn nền có liên quan chặt chẽ với khối lượng của thấu kính hấp dẫn, trong trường hợp này là NGC 6505.
Điều đó có nghĩa là vành đai Einstein này có thể được sử dụng như một đầu dò về sự phân bố khối lượng của thiên hà đó, bao gồm cả khối lượng vật chất tối vô hình của nó.
Ngoài ra, vì thấu kính của Altieri có bán kính nhỏ hơn NGC 6505 nên nhóm nghiên cứu có thể điều tra thành phần và cấu trúc của các vùng trung tâm thiên hà, nơi có nhiều ngôi sao và vật chất tối ít nổi bật hơn.
"Vì thấu kính hấp dẫn là phương pháp chính xác nhất để đo khối lượng, bằng cách kết hợp mô hình vành đai Einstein và sự phân bố của các ngôi sao trong thiên hà, chúng tôi có thể đo được rằng phần khối lượng bao gồm vật chất tối ở tâm thấu kính chỉ là 11 phần trăm", thành viên nhóm nghiên cứu Giulia Despali từ Đại học Bologna cho biết. "Chúng tôi nhớ rằng vật chất tối chiếm khoảng 85 phần trăm tổng vật chất trong vũ trụ của chúng ta, vì vậy các vùng trung tâm của các thiên hà thực sự kỳ lạ".
Các câu chuyện liên quan:
— Có một bí ẩn trong tốc độ giãn nở của vũ trụ của chúng ta và Kính viễn vọng không gian Hubble đang nghiên cứu
— Thật bất ngờ! Tốc độ giãn nở của vũ trụ có thể khác nhau tùy theo từng nơi
— Các nhà thiên văn học đánh giá lại tuổi của vũ trụ
Nhóm nghiên cứu đã có thể đo chính xác các đặc tính của NGC 6505. Điều này đã tiết lộ một cấu trúc phức tạp thay đổi theo khoảng cách từ tâm. Họ cũng có thể ước tính tỷ lệ các ngôi sao khối lượng thấp so với các ngôi sao khối lượng cao, một đặc tính được gọi là hàm khối lượng ban đầu.
"Do đó, các quan sát mới của Euclid giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cả vũ trụ tối và các quá trình hình thành và tiến hóa của các thiên hà", Despali tiếp tục.
Những hình ảnh như Vòng Einstein hoàn hảo này là biểu hiện của thấu kính hấp dẫn mạnh, nhưng trong tương lai, Euclid sẽ sử dụng sự biến dạng hấp dẫn nhỏ của "thấu kính hấp dẫn yếu" để nghiên cứu vũ trụ tối.
Mặc dù Euclid dự kiến sẽ phát hiện ra khoảng 20 sự kiện thấu kính hấp dẫn mạnh như thấu kính của Altieri, nhưng kính viễn vọng không gian này dự kiến sẽ tìm thấy hơn một trăm nghìn thấu kính hấp dẫn khác trong 14.000 độ vuông của bầu trời mà nó sẽ quan sát trong sứ mệnh của mình.
Kết quả sẽ là một bản đồ chi tiết về sự phân bố của vật chất, cả vật chất hữu hình và vật chất tối, trong các thiên hà và cụm thiên hà ở các khoảng cách khác nhau từ vũ trụ cục bộ. Do đó, Euclid sẽ giúp nghiên cứu bản chất và sự tiến hóa theo thời gian của cả vật chất tối và năng lượng tối.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào thứ Hai (ngày 10 tháng 2) trên tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn.
