Những kiến thức nên biết về vũ trụ

 

Những kiến thức nên biết
về vũ trụ

 

I. Làm sao các nhà Thiên văn học có thể kiểm chứng được rằng giải Ngân Hà (Milky Way) gồm hàng tỉ tinh tú?

§ Các nhà thiên văn học không đếm từng ngôi sao trong dải Ngân Hà đâu—họ dùng khoa học và công nghệ để suy ra con số khổng lồ đó!

§ Cách xác định số lượng sao trong dải Ngân Hà:

• Quan sát bức xạ điện từ: Các kính thiên văn hiện đại không chỉ quan sát ánh sáng khả kiến mà còn thu được sóng radio, hồng ngoại, tia X… Điều này giúp "nhìn xuyên" qua những vùng bụi dày đặc để phát hiện sao ẩn khuất.
• Mô hình hóa phân bố sao: Từ dữ liệu quan sát, các nhà khoa học tạo ra mô hình 3D về cấu trúc của dải Ngân Hà (gồm thanh trung tâm, tay xoắn ốc, chùm sao...). Từ đó, họ ước lượng mật độ sao ở mỗi vùng.
• Sử dụng mẫu thống kê: Họ đo số lượng sao ở một khu vực nhỏ, sau đó nhân lên theo diện tích hay thể tích tương ứng để suy ra tổng thể toàn dải.
• Dữ liệu từ vệ tinh Gaia của ESA: Đây là một bước ngoặt lớn! Gaia đã lập bản đồ vị trí và chuyển động của hơn 1 tỷ sao trong dải Ngân Hà, cho phép xác định cấu trúc, kích thước và các thông số động học cực kỳ chi tiết.

§ Ước tính hiện nay:

• Dải Ngân Hà được cho là chứa từ 100 đến 400 tỷ ngôi sao, tùy vào phương pháp đo và định nghĩa "sao".
• Con số không cố định vì có sao mới hình thành và sao già chết đi—vũ trụ không ngừng vận động.

§ Vậy nên, dù không thể “đếm từng ngôi sao,” nhờ công nghệ, mô hình hóa, và dữ liệu khổng lồ, chúng ta có thể ước lượng rất chính xác.

Bạn có muốn biết có bao nhiêu hành tinh tiềm năng quanh các ngôi sao đó không? Chúng ta còn cả một kho báu chưa được khám phá ngoài kia ✨

 

II. Làm sao các nhà Thiên Văn học biết được hay kiểm chứng được có bao nhiêu Thiên Hà (Galaxies) trong vũ trụ?

§ Câu hỏi tuyệt vời! Vũ trụ rộng lớn đến mức không thể "nhìn" thấy mọi thiên hà được bằng mắt thường. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học có những cách rất thông minh để ước lượng số lượng thiên hà.

§ Họ làm điều đó như thế nào?

• Quan sát bằng kính thiên văn cực mạnh
  Các kính thiên văn như Hubble Space Telescope đã chụp hàng ngàn bức ảnh sâu vào không gian, gọi là “Deep Field”. Trong mỗi ảnh có thể thấy hàng ngàn thiên hà, kể cả những thiên hà xa cách hàng tỷ năm ánh sáng.
• Mẫu thống kê từ vùng nhỏ
  Họ chọn một vùng nhỏ trên bầu trời, đếm số thiên hà trong đó, sau đó nhân lên với toàn bộ diện tích vũ trụ quan sát được (gọi là “observable universe”).
• Sử dụng sóng hồng ngoại và vi sóng
  Một số thiên hà bị bụi vũ trụ che khuất nên ánh sáng khả kiến không thể thấy được. Vì thế các kính thiên văn dùng bước sóng hồng ngoại hay vi sóng (ví dụ: kính James Webb) để “nhìn xuyên” qua bụi và phát hiện thêm hàng loạt thiên hà ẩn.
• Mô phỏng máy tính
  Kết hợp dữ liệu quan sát thực tế với mô hình vật lý, các siêu máy tính mô phỏng cách vũ trụ hình thành và tiến hóa để suy ra số lượng thiên hà có thể tồn tại.

§ Số lượng thiên hà ước tính hiện nay?

• Trước đây: khoảng 100-200 tỷ thiên hà.
• Sau khi có dữ liệu từ kính James Webb: con số có thể lên đến 2 nghìn tỷ thiên hà hoặc hơn nữa!

§ Vũ trụ quan sát được chỉ là phần chúng ta “nhìn thấy” được. Ngoài đó, có thể tồn tại vô số thiên hà khác vượt khỏi giới hạn quan sát.

Bạn muốn mình dẫn bạn vào một “Deep Field” và mô tả những thiên hà đang lấp lánh cách ta hàng tỷ năm ánh sáng không? ✨

 

III. Hiện nay, các nhà khoa học đã biết được vũ trụ là hữu hạn hay vô hạn chưa?

§ Đây là một trong những câu hỏi vĩ đại nhất mà khoa học hiện đại vẫn đang cố gắng khám phá. Cho đến nay, câu trả lời vẫn là: chưa biết chắc chắn.

§ Vũ trụ có thể là hữu hạn hoặc vô hạn—và cả hai đều hợp lý theo vật lý!

§ Giả thuyết về vũ trụ hữu hạn:

• Vũ trụ có thể hữu hạn về kích thước nhưng không có ranh giới rõ ràng—giống như bề mặt của Trái Đất: nó hữu hạn, nhưng bạn không gặp "mép" nào cả.
• Mô hình này phù hợp với các lý thuyết về Độ cong không gian (positive curvature), nơi vũ trụ có thể "cong" như hình cầu 4 chiều.
• Nếu đúng, bạn có thể đi một vòng trong vũ trụ và quay lại điểm xuất phát (trong lý thuyết!).

§ Giả thuyết về vũ trụ vô hạn:

• Theo mô hình vũ trụ phẳng, không gian có thể kéo dài vô tận. Dữ liệu từ vệ tinh như WMAP và Planck cho thấy độ cong vũ trụ gần như bằng 0—nghĩa là rất có khả năng vô hạn.
• Trong mô hình này, không gian không kết thúc ở đâu cả—nó chỉ… tiếp tục mãi mãi.

§ Giới hạn hiện nay là gì?

• Chúng ta chỉ quan sát được “vũ trụ khả kiến”—khoảng 93 tỷ năm ánh sáng đường kính. Vì ánh sáng từ những vùng xa hơn chưa kịp đến Trái Đất (vì tuổi vũ trụ mới ~13.8 tỷ năm).
• Ngoài “vùng nhìn thấy” đó, có thể vẫn còn vũ trụ—rất rộng, có thể vô hạn. Nhưng chúng ta chưa có cách quan sát được.

§ Vì thế, câu hỏi “hữu hạn hay vô hạn” vẫn là một bí ẩn mở. Và đó là điều khiến vũ trụ trở nên quyến rũ—chúng ta biết rất nhiều, nhưng vẫn còn cả một chân trời chưa khám phá.

Nếu bạn muốn, mình có thể giới thiệu cách mà các kính thiên văn hiện đại đang cố gắng “nhìn xa hơn” giới hạn này. Hoặc... thử tưởng tượng nếu vũ trụ là vô hạn thì điều gì kỳ diệu có thể tồn tại ngoài kia ✨

 

IV. Cho tới nay «Big Bang» chỉ là một giả thuyết, hay là một thực tế khoa học?

§ Câu hỏi rất đáng suy ngẫm! "Big Bang" không còn đơn thuần là một giả thuyết đơn lẻ nữa—nó đã trở thành mô hình vũ trụ học tiêu chuẩn được hầu hết giới khoa học chấp nhận dựa trên rất nhiều bằng chứng quan sát được.

§ Những lý do khiến Big Bang được xem là thực tế khoa học:

§ Bức xạ nền vũ trụ (Cosmic Microwave Background - CMB)

• Là "âm vang nhiệt" còn sót lại từ thời điểm vài trăm ngàn năm sau Big Bang.
• Được phát hiện năm 1965 và xác nhận bằng các vệ tinh như COBE, WMAP, và Planck với độ chính xác cực cao.
• Bức xạ này gần như đồng đều ở mọi hướng, khớp hoàn toàn với dự đoán từ mô hình Big Bang.

§ Sự giãn nở của vũ trụ (Expanding Universe)

• Các thiên hà đang rời xa nhau—nghĩa là vũ trụ đang giãn nở.
• Edwin Hubble phát hiện điều này vào năm 1929 và nó là một trong những bằng chứng nền tảng.
• Khi tua ngược thời gian, ta sẽ thấy vũ trụ từng rất nhỏ và đặc.

§ Thành phần hóa học nguyên thủy

• Tỉ lệ các nguyên tố nhẹ như hydro (H), heli (He), và lithium (Li) trong vũ trụ khớp với mô hình “Big Bang nucleosynthesis”—quá trình tổng hợp hạt nhân khi vũ trụ vừa ra đời.
• Các quan sát thiên văn xác nhận tỉ lệ này rất chính xác.

§ Cấu trúc lớn của vũ trụ

• Sự hình thành các thiên hà, cụm thiên hà và mạng lưới vũ trụ phù hợp với sự phát triển từ một vũ trụ nóng, đặc và giãn nở.

⚠️ Tại sao vẫn gọi là "mô hình"?

• Dù có nhiều bằng chứng, Big Bang vẫn là mô hình khoa học—có nghĩa là nó là cách tốt nhất hiện nay để mô tả và giải thích vũ trụ dựa trên dữ liệu quan sát.
• Khoa học luôn mở cửa cho giả thuyết mới nếu có bằng chứng tốt hơn.
• Có nhiều câu hỏi chưa thể trả lời như: điều gì xảy ra trước Big Bang, hay bản chất thực sự của sự giãn nở không gian.

§ Vậy nên, Big Bang không còn là một "giả thuyết mạo hiểm"—nó là nền tảng khoa học hiện đại. Nhưng khoa học luôn tiến hóa, và có thể một ngày nào đó ta sẽ biết cả "điều gì ở bên kia khởi đầu".

Bạn có muốn mình mô tả thời điểm đầu tiên sau Big Bang diễn ra như thế nào không? Khoảnh khắc 0 giây ấy là một hành trình kỳ bí không tưởng ✨