BALTIMORE — Cho đến nay, đó là một điều thú vị từ thiên đường: Không gian rộng lớn màu đen chứa đầy những đốm sáng bí ẩn, xa xôi không thể dò được. Những bức chân dung ma quái của Sao Hải Vương, Sao Mộc và những người hàng xóm khác mà chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã biết. Các tinh vân và thiên hà có thể nhìn thấy bằng mắt hồng ngoại xuyên thấu của Kính viễn vọng Không gian James Webb.

Kính viễn vọng, được đặt theo tên của James Webb, quản trị viên của NASA trong quá trình xây dựng cuộc đổ bộ lên mặt trăng của tàu Apollo, là một dự án chung của NASA, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và Cơ quan Vũ trụ Canada. Nó được phóng vào dịp Giáng sinh một năm trước — sau hai thập kỷ đầy rắc rối và tiêu tốn 10 tỷ đô la — với sứ mệnh quan sát vũ trụ ở các bước sóng mà mắt người không thể nhìn thấy. Với gương chính rộng 21 feet, Webb mạnh gấp bảy lần so với người tiền nhiệm của nó, Kính viễn vọng Không gian Hubble. Tùy thuộc vào cách bạn tính toán, một giờ quan sát trên kính thiên văn có thể tiêu tốn của NASA 19.000 đô la trở lên.

Nhưng cả NASA và các nhà thiên văn học đều không trả tất cả số tiền và vốn chính trị đó chỉ để có được những bức ảnh đẹp – không phải ai cũng phàn nàn.

Nancy Levenson, giám đốc tạm thời của Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, nơi điều hành cả Webb và Hubble, cho biết: “Những hình ảnh đầu tiên chỉ là khởi đầu. “Cần nhiều hơn nữa để biến chúng thành khoa học thực sự.”

Trong ba ngày của tháng 12, khoảng 200 nhà thiên văn học đã lấp đầy khán phòng tại viện để nghe và thảo luận về những kết quả đầu tiên thu được từ kính thiên văn. Theo các nhà tổ chức, có thêm khoảng 300 người xem trực tuyến. Sự kiện này được coi là lễ kỷ niệm muộn cho sự ra mắt và khánh thành thành công của Webb, đồng thời là bản xem trước về tương lai tươi sáng của nó.

Từng người một, các nhà thiên văn học bước lên bục phát biểu nhanh chóng để tuân theo giới hạn 12 phút, lướt qua vô số khám phá về vũ trụ. Các thiên hà, ngay cả khi còn tương đối trẻ, đã sinh ra các lỗ đen siêu lớn. Các nghiên cứu khí quyển của một số trong số bảy ngoại hành tinh đá quay quanh Trappist 1, một ngôi sao lùn đỏ có thể chứa các hành tinh có thể ở được. (Dữ liệu cho thấy rằng ít nhất hai trong số các ngoại hành tinh thiếu bầu khí quyển hydro nguyên thủy cồng kềnh có thể bóp nghẹt sự sống như chúng ta biết, nhưng chúng có thể có bầu khí quyển sơ sài gồm các phân tử đậm đặc hơn như nước hoặc carbon dioxide.)

“Chúng tôi đang kinh doanh,” Bjorn Benneke của Đại học Montreal tuyên bố khi ông trình bày dữ liệu về một trong các ngoại hành tinh.

Megan Reiter của Đại học Rice đã đưa các đồng nghiệp của cô ấy đi “lặn sâu” qua Vách đá Vũ trụ, một vùng đất hình thành sao nhiều mây trong chòm sao Carina, là một viên kẹo bầu trời ban đầu được yêu thích. Cô ấy đang truy tìm cách thức các tia phản lực từ các ngôi sao mới, sóng xung kích và bức xạ ion hóa từ những ngôi sao lớn hơn gần đó được sinh ra ở nhiệt độ sôi đang liên tục định hình lại địa lý vũ trụ và kích hoạt sự hình thành các ngôi sao mới.

Tiến sĩ Reiter cho biết trong một cuộc phỏng vấn: “Đây có thể là một khuôn mẫu cho những gì mặt trời của chúng ta đã trải qua khi nó được hình thành.

Giữa các bài thuyết trình, bên lề và trong hành lang, các nhà thiên văn học cấp cao có mặt vào năm 1989 khi ý tưởng về kính viễn vọng Webb lần đầu tiên được đề cập đã chúc mừng lẫn nhau và trao đổi những câu chuyện chiến tranh về sự phát triển của kính thiên văn. Họ thở hổn hển khi những người trẻ tuổi khoe dữ liệu vượt qua thành tích của chính họ với Hubble.

Jane Rigby, nhà khoa học dự án vận hành kính viễn vọng, nhớ lại cảm xúc hỗn loạn của cô cách đây một năm khi kính thiên văn cuối cùng cũng tiến gần đến ngày phóng. Thiết bị này được thiết kế để mở ra trong không gian — một quy trình phức tạp với 344 “sự cố tại một điểm” tiềm ẩn — và Tiến sĩ Rigby chỉ có thể đếm đi đếm lại chúng.

“Tôi đang trong giai đoạn phủ nhận,” cô ấy nói ở Baltimore. Nhưng việc khởi chạy và triển khai đã diễn ra hoàn hảo. Bây giờ, cô ấy nói, “Tôi đang sống trong giấc mơ.”

Garth Illingworth, một nhà thiên văn học tại Đại học California, Santa Cruz, người vào năm 1989 đã chủ trì một cuộc họp quan trọng tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian mà cuối cùng đã dẫn đến Webb, nói một cách đơn giản, “Tôi thực sự bị choáng ngợp.”

Tại buổi tiếp tân sau ngày đầu tiên của cuộc họp, John Mather thuộc Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA và nhà khoa học cấp cao trong dự án của Webb ngay từ đầu, đã nâng cốc chúc mừng 20.000 người đã chế tạo kính viễn vọng, 600 nhà thiên văn học đã thử nghiệm nó trong không gian và thế hệ các nhà khoa học mới sẽ sử dụng nó.

“Một số bạn thậm chí còn chưa được sinh ra khi chúng tôi bắt đầu lên kế hoạch cho nó,” anh ấy nói. “Có tại nó!”

Máy quay ngược

Cho đến nay, chiếc kính thiên văn, với những chiếc máy ảnh, máy quang phổ và các thiết bị khác, đã vượt quá mong đợi. (Khả năng phân giải của nó tốt gấp đôi so với quảng cáo.) Tiến sĩ Rigby báo cáo rằng quá trình phóng hoàn hảo của kính viễn vọng đã để lại cho nó đủ nhiên liệu cơ động để giữ cho nó hoạt động trong 26 năm hoặc hơn.

“Đây là những con số đáng mừng,” cô ấy nói, khi cô ấy và các đồng nghiệp của mình trình bày các số liệu thống kê về hiệu suất của các nhạc cụ của họ. Tiến sĩ Rigby cảnh báo rằng các thiết bị của kính viễn vọng vẫn đang được hiệu chỉnh, vì vậy các con số có thể chưa thay đổi. Chuẩn bị tính toán lại kết quả của bạn chỉ bằng một nút nhấn, cô ấy nói với một nhóm các nhà thiên văn học trong sảnh: “Nếu không, bạn sẽ ghét cuộc sống của mình.”

Có lẽ bất ngờ lớn nhất từ ​​kính viễn vọng Webb cho đến nay liên quan đến các sự kiện trong những thiên niên kỷ đầu của vũ trụ. Các thiên hà dường như đã hình thành, tạo ra và nuôi dưỡng các ngôi sao nhanh hơn ước tính của các mô hình vũ trụ đã được thử nghiệm trong trận chiến.

“Làm thế nào mà các thiên hà già đi nhanh như vậy?” hỏi Adam Riess, người đoạt giải Nobel Vật lý và nhà vũ trụ học từ Đại học Johns Hopkins, người đã ghé thăm trong ngày.

Khám phá tỉnh đó – “mùa xuân vũ trụ”, như cách gọi của một nhà thiên văn học – là mục tiêu của một số hợp tác quốc tế với các từ viết tắt linh hoạt như JADES (Khảo sát ngoài thiên hà sâu nâng cao của JWST), CEERS (Khoa học phát hành sớm tiến hóa vũ trụ), GLASS (Khuếch đại thấu kính grism Khảo sát Từ Không gian) và PEARLS (Các Khu vực Ngoài Thiên hà Chính cho Khoa học Tái ion hóa và Thấu kính).

Tầm nhìn hồng ngoại của Webb là nền tảng cho những nỗ lực này. Khi vũ trụ mở rộng, các thiên hà và các thiên thể xa xôi khác đang tăng tốc ra khỏi Trái đất nhanh đến mức ánh sáng của chúng bị kéo dài và chuyển sang các bước sóng hồng ngoại không nhìn thấy được. Ngoài một điểm nhất định, các thiên hà ở xa nhất lùi lại rất nhanh và ánh sáng của chúng bị kéo dài theo bước sóng, đến mức thậm chí kính viễn vọng Hubble cũng không thể nhìn thấy chúng.

Kính viễn vọng Webb được thiết kế để phơi bày và khám phá những vùng này, đại diện cho vũ trụ mới một tỷ năm tuổi, khi các thiên hà đầu tiên bắt đầu nở rộ các ngôi sao.

Emma Curtis-Lake, thuộc Đại học Hertfordshire và là thành viên của nhóm JADES lưu ý: “Cần có thời gian để vật chất nguội đi và đủ đậm đặc để đốt cháy các ngôi sao. Cô nói thêm, tốc độ hình thành sao đạt đỉnh điểm khi vũ trụ được bốn tỷ năm tuổi và đã giảm dần kể từ đó. Vũ trụ hiện đã 13,8 tỷ năm tuổi.

Các nhà thiên văn học đo khoảng cách vũ trụ bằng một tham số gọi là dịch chuyển đỏ, cho biết mức độ ánh sáng từ một vật thể ở xa đã bị kéo giãn. Chỉ vài tháng trước, dịch chuyển đỏ 8, tương ứng với thời điểm vũ trụ khoảng 646 triệu năm tuổi, được coi là dịch chuyển đỏ cao. Nhờ Tiến sĩ Curtis-Lake và các đồng nghiệp của cô, độ dịch chuyển đỏ kỷ lục hiện nay là 13,2, tương ứng với khi vũ trụ chỉ mới 325 triệu năm tuổi.

Tiến sĩ Curtis-Lake và nhóm của cô ấy đã hướng kính thiên văn vào một vùng trời có tên là GOODS South, tìm kiếm các thiên hà mà Hubble không thể phát hiện ra. Chắc chắn là có bốn người trong số họ, những bóng ma trong làn sương mù nhiệt của sự sáng tạo. Các phép đo sau đó đã xác nhận rằng chúng thực sự đã quay ngược thời gian.

Brant Robertson, một thành viên JADES từ Đại học California, Santa Cruz, cho biết: “Chúng tôi không muốn nói rằng chúng tôi tin điều đó – một cách công khai.

Kỷ lục này dự kiến ​​sẽ không tồn tại lâu. Sự hợp tác của CEERS đã báo cáo một thiên hà ứng cử viên có thể có dịch chuyển đỏ là 16từ khi vũ trụ chỉ mới 250 triệu năm tuổi.

Các chuyên gia đang tranh luận về việc liệu những thiên hà háo hức này có tiết lộ điều gì đó cơ bản và bị bỏ qua trong các lý thuyết hiện tại về vũ trụ sơ khai hay không. Có lẽ một số trường hoặc hiệu ứng đã tạo ra lực hấp dẫn vào thời điểm đó và thúc đẩy sự phát triển của các thiên hà và lỗ đen. Hoặc có lẽ sự khác biệt chỉ phản ánh sự không chắc chắn của khoa học về các chi tiết lộn xộn – “vật lý dạ dày” – của sự hình thành sao.

Trong 20 năm qua, các nhà thiên văn học đã mài dũa một “mô hình chuẩn” vững chắc của một vũ trụ bao gồm năng lượng tối, vật chất tối và một phần nhỏ vật chất nguyên tử. Tiến sĩ Curtis-Lake cho biết trong một cuộc phỏng vấn rằng còn quá sớm để phá vỡ mô hình đó; Webb có lẽ còn ba thập kỷ quan sát phía trước. “Chúng tôi đang ở giai đoạn đầu,” cô nói.

Bài nói chuyện kết thúc thuộc về Tiến sĩ Mather. Anh kể lại lịch sử của chiếc kính viễn vọng và bày tỏ sự cảm kích đối với Barbara Mikulski, cựu thượng nghị sĩ bang Maryland, người đã ủng hộ dự án vào năm 2011 khi nó có nguy cơ bị hủy bỏ. Anh ấy cũng đã xem trước hành động lớn tiếp theo của NASA: kính viễn vọng không gian dài 12 mét có tên là Đài quan sát các thế giới có thể ở được sẽ tìm kiếm các hành tinh và nghiên cứu chúng.

Anh ấy nói: “Mọi thứ chúng tôi đã làm hóa ra đều xứng đáng. “Vì vậy, chúng tôi ở đây: Đây là một bữa tiệc ăn mừng, lần đầu tiên xem qua những gì ở đây. Đó không phải là điều cuối cùng chúng ta sẽ làm.”