Saturday, January 17, 2015
8 bí ẩn của vũ trụ
Tạp chí Science đã ra chọn 8 câu đố đưa cho các nhà thiên văn học ngày nay.
Bức ảnh của gồm gần 10.000 thiên hà gọi là Hubble Ultra Deep Field. Các thiên hà được chụo ở mọi tuổi, hình dáng, kích cỡ màu sắc.
Bản quyền: NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team
Để tổng kết 1 số những bí ẩn lâu đời nhất của thiên văn học, tạp chí Science đã liệt kê với sự giúp đỡ của các nhà văn khoa học và thành viên Hội Đồng Các biên tập đã chọn 8 câu đố đưa ra cho các nhà thiên văn học ngày nay.
Cụm thiên hà Abell 1689 nổi tiếng về cách nó bẻ cong ánh sáng trong 1 hiện tượng gọi là lăng kính trọng lực. Nghiên cứu mới về cụm này cho thấy bí mật về làm thế nào năng lượng tối tạo nên vũ trụ.
Bản quyền: NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) and J-P. Kneib (LAM)
1. Năng lượng tối là gì?
Vào những năm 1920, nhà thiên văn học Edwin Hubble đã khám phá ra vũ trụ không tĩnh mà đang mở rộng. Vào năm 1998, Kính viễn vọng Hubble, theo tên nhà thiên văn học, nghiên cứu các siêu tân tinh xa xôi và phát hiện ra rằng vũ trụ giãn nở chạm chạp cách đây rất lâu so với tốc độ hôm nay.
Khám phá gây shock này đánh đố các nhà khoa học, những người đã từng nghĩ trọng lực dần dần làm chậm sự giãn nở của vũ trụ, hay thậm chí làm nó bị co lại. Sự giải thích cho sự giãn nở nhanh dần của vũ trụ dẫn đến năng lượng tối, thứ được cho là năng lượng bí ẩn kéo vũ trụ xa nhau với tốc độ nhanh dần.
Trong khi năng lượng tối bị cho là tạo nên xấp xỉ 73% của vũ trụ, lực còn lại bị lờ đi và chưa trực tiếp được chỉ ra.
"Năng lượng tối có thể chưa lộ bản chất” tác giả khoa học cho tờ Science Adrian Cho viết. "Tuy vậy, các nhà khoa học vẫn còn có thể lạc quan vì tự nhiên sẽ hợp tác và rằng họ sẽ tìm ra bản chất của năng lượng tối”
Bức ảnh màu thật của các thiên hà chụp bởi kính Hubble của NASA và Canada-France-Hawaii ở Hawaii.
Bản quyền: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis), and A. Mahdavi (San Francisco State University)
2. Vật chất tối nóng như thế nào?
Trong những năm 1960 và 1970, các nhà thiên văn học đưa ra giả thiết là có thể có nhiều khối lượng trong vũ trụ hơn những gì nhìn thấy. Vera Rubin, nhà thiên văn học tại viện Carnegie của Washington, nghiên cứu tốc độ của các ngôi sao tại nhiều địa điểm trong thiên hà.
Rubin quan sát rằng không có sự khác biệt rõ ràng nào về vận tốc của các ngôi sao tại trung tâm thiên hà so với những những ngôi xa hơn. Những kết quả này dường như đi ngược lại vật lý Newton cơ bản, cho rằng những ngôi sao ở ngoại ô thiên hà sẽ quay chậm hơn.
Các nhà thiên văn học giải thích hiện tượng này với khối lượng vô hình gọi là vật chất tối. Thậm chí kể cả khi nó không thể bị nhìn thấy, vật chất tối cũng có khối lượng, vì thế các nhà nghiên cứu suy ra sự tồn tại của nó dựa vào lực hấp dẫn kéo nó khỏi vật chất thường.
Vật chất tối được cho là tạo nên 23% vũ trụ, tỏng khi 4 % của vũ trụ được tạo nên bởi vật chất thường, bao gồm các ngôi sao, hành tinh và con người.
"Các nhà khoa học vẫn không biết vật chất tối là gì nhưng điều đó sẽ sớm thay đổi” Cho viết “ Trong vòng nhiều năm, các nhà vật lý có thể xác định các hạt của nó”
Nhưng trong khi các nhà thiên văn học có thể sớm xác định các hạt của vật chất tối, những điều về vật chất vẫn còn bỏ ngỏ.
"Cụ thể, nghiên cứu về các “thiên hà lùn” gầy gò có thể kiểm tra liệu vật chất tối có lạnh như băng theo lý thuyết thông thường không hay ấm hơn- câu hỏi cần thiết là các hạt có khối lượng của vật chất tối như thế nào” Cho giải thích.
Các nhà khoa học sử dụng Chandra X-ray Observatory của NASA và ESA's XMM- Newton để xác định hồ chứa khí nằm dọc cấu trúc hình tường bao của các thiên hà khoảng 400 triệu năm ánh sáng từ Trái Đất. Khám phá này là bằng chứng mạnh nhất “vật chất” tối trong vũ trụ bên cạnh được xác định trong 1 mạng lưới lớn đầy khí nóng sáng.
3. Các baryons bị mất là gì?
Nếu năng lượng tối và vật chất tối kết hợp để tạo nên 95% vũ trụ , vật chất thường tạo nên 5% còn lại. Vậy là hơn 1 nửa vật chất thường bị mất.
Nó được gọi là vật chất baryonic tạo nên bởi các hạt như matter protons và electrons tạo nên hầu hết khối lượng nhìn thấy của vũ trụ.
"Khi các nhà thiên văn học đếm các baryons từ vũ trụ ban đàu đến ngày nay, tuy nhiên , số lượng bị tụt 1 cách bí ẩn, như thể chúng nhanh chóng biến mất qua quá trình lịch sử” " Yudhijit Bhattacharjee, tại Science, đã viết.
Theo Bhattacharjee, nhà vật lý thiên văn nghi ngờ rằng vật chất baryonic bị mất có thể tồn tại giữa các ngân hà như 1 vật chất ấm nóng cỡ trung bình giữa các ngân hà (WHIM).
Vị trí baryons bị mất của vũ trụ tiếp tục là ưu tiên trong giới thiên văn bởi vì những quan sát này giúp các nhà nghiên cứu hiểu làm thế nào cấu trúc vũ trụ và ngân hà phát triển theo thời gian.
Bên trái: Bức ảnh sóng shock được tạo laze. Màu sáng hơn tương xứng với vùng đa dạng hay nhiệt độ cao. Bên phải: sự mô phỏng sóng shock phá hủy suốt pha tiền thiên hà đang hiện lên.
Bản quyền: A. Ravasio (LULI), A. Pelka (LULI), J. Meinecke (Oxford) and C. Murphy (Oxford)/ F. Miniati (ETH).
4. Các ngôi sao nổ như thế nào?
Khi ngôi sao khổng lồ dùng hết nguyên liệu sẽ chết, nó khởi động 1 vụ nổ lớn gọi là siêu sao mới, nó tỏa sáng hơn cả thiên hà trong 1 thời gian ngắn.
Qua nhiều năm, các nhà khoa học đã nghiên cứu siêu sao mới và tái tạo nó sử dụng cá mẫu máy tính tinh vi nhưng làm thế nào mà vụ nổ vĩ đại này có thể xảy ra vẫn là 1 câu đố còn dang dở.
"Trong những năm gần đây, sự tiến bộ tỏng siêu máy tính đã có thể giúp các nhà thiên văn học mô phỏng điều kiện bên trong của các ngôi sao với càng nhiều sự tinh vi giúp họ hiểu rõ hơn nguyên lý vụ nổ sao" Bhattacharjee viết. "tuy vậy, nhiều chi tiết của những gì đang diễn ra bên trong ngôi sao dẫn đên vụ nổ cũng như làm thế nào vụ nổ lan rộng vẫn còn là 1 bí ẩn."
Minh họa này cho thấy thiên hà lúc chưa đên 1 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang, khi vũ trụ vẫn 1 phần bị tràn ngập sương Hidro hấp thụ ánh tia cực tím.
Bản quyền: ESO/M. Kornmesser
5 .Điều gì đã tái ion hóa vũ trụ?
Lý thuyết được chấp nhận rộng rãi cho nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ là thuyết Big Bang, nó nói rằng vũ trụ bắt đầu là 1 điểm đặc, vô cùng nóng trong 13.7 tỷ năm.
Pha động lực trong lịch sử của vũ trụ ban đầu, xấp xỉ 13 tỷ năm trước, được biết đến như thời kỳ tái ion hóa. Suốt thời kỳ này, sương khí Hidro trong thời kỳ đầu vũ trụ đã được xóa đi và trở thành trong suốt với tia cực tím lần đầu tiên.
"Vài 400.000 năm sau Big Bang, photon và electron đã bị lạnh đi đủ để lực hấp dẫn kép chúng với nhau tạo thành phân tử hidro trung hòa" nhà văn khoa học Edwin Cartlidge đã viết . "Các photon bất ngờ , trước đó đã phát tán electron, có thể đi tự do xuyên vũ trụ."
Vài trăm triệu năm sau, các electron lại bị bật ra khỏi phân từ.
"Tuy nhiên, lần này, sự mở rộng của vũ trụ đã phân tán các photon và electron đủ để nguồn năng lượng mới ngăn chúng không tái kết hợp. "Hỗn hợp các hạt" cũng loãng đủ để nhiều photon nhất có thể đi qua không bị ngăn trở. Kết quả là , hầu hết vật chất vũ trụ trở thành các plasma bị ion hóa truyền ánh sáng vẫn còn đến hôm nay"
Chỉ có 1 ít điều đã biết về các tia vũ trụ năng lượng siêu cao thường phân tán trong khí quyển. Kêt quả IceCube hiện nay thách thức 1 trong những lý thuyết hàng đầu rằng chúng từ vụn bùng nổ tia Gamma.
Bản quyền: NSF/J. Yang
6. Nguồn gốc các tia vũ trụ đầy năng lượng nhất là gì?
Nguồn của các tia vũ trụ đã làm đau đầu các nhà thiên văn học trong thời gian dài, họ dã dành thời gian 1 thế kỷ để nghiên cứu nguồn gốc các hạt mang điện này.
Các tia vũ trụ có các hạt hạ nguyên tử- phần lớn là photon , electron, và hạt nhân mang điện của các nguyên tố cơ bản— chảy đến hệ mặt trời của chúng ta từ nơi xa xôi trong vũ trụ. Khi các tia vũ trụ đến hệ mặt trời từ nơi nào đó trong thiên hà, đường đi của chúng bị bẻ cong do từ trường của mặt trời và Trái đất.
Những tia vũ trụ mạnh nhất đầy năng lượng kỳ lạ, với năng lượng lên đến 100 triệu lần các hạt nhân tạo. Nhưng nguồn gốc của chúng vẫn là bí ẩn.
"Sau 1 thế kỷ nghiên cứu tia vũ trụ, những vị khách đầy năng lượng từ không gian vẫn còn là bí ẩn khó giải đáp và vẫn là 1 câu hỏi trong nhiều năm" Daniel Clery nói, quyền biên tập tin tức tại tờ Science.
7. Tạo sao hệ mặt trời lại kỳ quái đến vậy?
Khi các nhà thiên văn học và những người quan sát khám phá ra các hành tinh lạ quanh các ngôi sao khác, các nhà nghiên cứu đang cố hiểu bản chất duy nhất của hệ mặt trời chúng ta.
Ví dụ, trong khi cực kỳ đa dạng, 4 hành tinh bên trong cùng đều có vỏ đá và lõi kim loại. $ hành tinh ngoài cùng lại khác nhau và đều sở hữu những đặc điểm riêng biệt. Các nhà khoa học đã nghiên cứu quá trình hình thành các hành tinh với hy vọng biết được hệ mặt trời tạo ra như thế nào, nhưng câu trả lời không đơn giản.
"Phủ bóng lên các nỗ lực giải thích sự đa dạng của các hành tinh, tuy vậy, lại là những bóng ma lạnh lẽo của cơ hội ngẫu nhiên" Richard Kerr, nhân viên tại tờ Science đã viết. "Sự mô phỏng máy tính cho thấy sự hỗn loạn của các ước tính về các hành tinh va chạm lẫn nhau trong hệ hành tinh vẫn đang hình thành của chúng ta có thể dễ dàng như khi dẫn đến 3 đên 5 hành tinh thay vì 4."
Nhưng nghiên cứu về thế giới ngoài hành tinh có thể giúp các nhà khoa học hy vọng thu được cái nhìn sâu hơn vào các hành tinh gần với chúng ta.
Kerr viết: "sự giúp đỡ có thể đến từ các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác. Khi những người săn các hành tinh ngoài hệ thu nhặt các hành tinh với quỹ đạo và khối lượng , họ sẽ có được số lượng lớn các hành tinh lớn hơn nữa để cân nhắc, bên ngoài những gì các hệ hàng xóm của chúng ta đem lại . Có lẽ các abnr mẫu sẽ kết hợp trong sự đa dạng ban đầu."
+
Chiếc lông vũ khổng lồ bằng khí được ion hóa gọi là PLasma (bên phải) phóng ra khỏi mặt trời từ điểm đen 1283 trong bức ảnh chụp bởi NASA's Solar Dynamics Observatory. ĐIểm đen này phun ra 4 cơn bão và 3 gió mặt trời từ 6-8/9/201++1.
Bản quyền: NASA/SDO/AIA
8. Tại sao tầng nhật hoa của mặt trời lại nóng đến thế?
Khí quyển bên ngoài siêu nóng của mặt trời, và sứ nóng điển hình lên từ 900.000 độ F (500.000 độ C) đến 10.8 triệu độ F (6 triệu độ C)
Kerr nói "Ở phần thế kỷ tốt đẹp hơn, các nhà vật lý mặt trời đã đau đầu với bí ẩn về khả năng của mặt trời khi nó tái làm nóng tầng nhật hoa của mình, chiếc vương miện mỏng manh bao quanh bằng ánh sáng hiện lên sáng chói khi nhật thực toàn phần"
Các nhà thiên văn học đã thu hẹp đối tượng tình nghi là nguồn năng lượng bên dưới bề mặt nhìn thấy, và từ trường của mặt trời. Nhưng về sự hoạt động chi tiết của sự làm nóng tầng nhật hoa vẫn chưa sáng tỏ.
Kerr viết: "Chỉ việc từ trường chuyển năng lượng đang có nhiều tranh cãi và làm thế nào năng lượng được dự trũ và để nó đến được tầng nhật hoa thì càng bí ẩn hơn".
Tạp chí thiên văn học
Subscribe to:
Post Comments
(
Atom
)
No comments :
Post a Comment