Trong phần lớn lịch sử nhân loại, vũ trụ luôn được hình dung như một nơi tĩnh lặng tuyệt đối. Không gian là chân không, âm thanh không thể truyền đi như trên Trái Đất. Nhưng nghịch lý là càng phát triển công nghệ, con người càng “nghe” được nhiều hơn từ vũ trụ.
Ngày nay, các nhà thiên văn học đang sử dụng sóng radio, dao động plasma, tín hiệu pulsar (sao xung) và kỹ thuật chuyển đổi dữ liệu thành âm thanh để nghiên cứu những hiện tượng xa xôi nhất trong vũ trụ. Từ những “nhịp tim” của sao neutron cho tới tiếng vọng dữ liệu quanh hố đen, việc “lắng nghe vũ trụ” đang trở thành một hướng nghiên cứu khoa học nghiêm túc, thay vì chỉ là hình ảnh lãng mạn trong khoa học viễn tưởng.
Ba nghiên cứu và dự án công bố gần đây cho thấy âm thanh — hoặc chính xác hơn là cách con người diễn giải tín hiệu thành âm thanh — đang mở ra một cánh cửa mới cho thiên văn học hiện đại.
Những ngôi sao “nhấp nháy” trong bóng tối
Đầu năm nay, các nhà nghiên cứu thuộc Viện SETI và nhiều đài thiên văn radio đã công bố kết quả theo dõi pulsar PSR J0332+5434 trong suốt 10 tháng. Pulsar là các sao neutron quay cực nhanh, phát ra chùm sóng radio đều đặn như ngọn hải đăng vũ trụ.
Khi các tín hiệu radio từ pulsar đi xuyên qua môi trường giữa các vì sao, chúng không đến Trái Đất theo đường thẳng hoàn hảo. Các đám khí và plasma trong không gian khiến tín hiệu bị bẻ cong, dao động và “nhấp nháy”, tương tự cách ánh sao lung linh khi đi qua khí quyển Trái Đất.
Các nhà khoa học gọi hiện tượng này là scintillation — sự lấp lánh của sóng radio vũ trụ.
Điều đặc biệt là bằng cách “nghe” và phân tích những thay đổi cực nhỏ trong tín hiệu radio đó, giới thiên văn có thể dựng nên bản đồ của vật chất vô hình nằm giữa các ngôi sao.
Trong nhiều thập niên, không gian liên sao thường được mô tả như khoảng trống khổng lồ. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy khu vực này thực ra chứa đầy các cấu trúc plasma phức tạp, luôn chuyển động và thay đổi.
Một nghiên cứu khác từ Viện Max Planck về Thiên văn Vô tuyến còn cho thấy tín hiệu “nhấp nháy” của pulsar hé lộ những cấu trúc định hướng trong môi trường liên sao — giống như các “dòng chảy” vô hình kéo dài hàng triệu kilomet trong thiên hà.
Điều đó có nghĩa là các nhà thiên văn đang dùng âm thanh radio để “nhìn thấy” những thứ kính thiên văn quang học không thể phát hiện.
Pulsar: những chiếc đồng hồ chính xác nhất vũ trụ
Việc lắng nghe pulsar không chỉ giúp lập bản đồ không gian. Các sao neutron này còn được xem là những “đồng hồ vũ trụ” chính xác nhất từng được biết tới.
Pulsar phát tín hiệu với độ đều gần như hoàn hảo. Một số pulsar mili-giây quay hàng trăm lần mỗi giây nhưng vẫn giữ chu kỳ cực kỳ ổn định suốt hàng triệu năm, chính xác hơn các loại đồng hồ nguyên tử.
Chính vì vậy, bất kỳ biến động nhỏ nào trong tín hiệu cũng có thể tiết lộ điều gì đó đang xảy ra trong không gian.
Gần đây, các nhà thiên văn còn phát hiện dấu hiệu của một pulsar siêu nhanh gần Sagittarius A* — hố đen siêu khối lượng nằm ở trung tâm Dải Ngân Hà. Đây được xem là một trong những mục tiêu quan trọng nhất của thiên văn vô tuyến hiện đại.
Lý do là môi trường quanh hố đen có lực hấp dẫn cực mạnh, đủ để làm biến dạng không-thời gian. Nếu tìm thấy và theo dõi được một pulsar ở khu vực này, các nhà khoa học có thể kiểm tra thuyết tương đối rộng của Einstein với độ chính xác chưa từng có.
Nói cách khác, các nhà thiên văn đang cố “nghe” nhịp đập của một ngôi sao neutron bên cạnh vật thể bí ẩn nhất thiên hà để hiểu sâu hơn về cấu trúc của vũ trụ.
Đây cũng là lý do các kính thiên văn radio khổng lồ như FAST của Trung Quốc hay SKA đang được xây dựng với quy mô ngày càng lớn. Không giống kính quang học chụp ảnh ánh sáng nhìn thấy, các hệ thống này chủ yếu hoạt động như những “tai nghe khổng lồ” hướng về vũ trụ.
Không gian im lặng, nhưng dữ liệu thì không
Trên thực tế, không gian gần như là chân không nên âm thanh không thể lan truyền như trong không khí trên Trái Đất. Điều mà con người gọi là “âm thanh vũ trụ” thực chất thường là quá trình chuyển đổi dữ liệu khoa học thành âm thanh mà tai người có thể nghe được.
Kỹ thuật này được gọi là sonification.
Thay vì quan sát dữ liệu dưới dạng biểu đồ hoặc hình ảnh, các nhà khoa học biến tín hiệu điện từ, tia X hoặc sóng plasma thành cao độ, nhịp điệu và âm sắc.
NASA hiện là một trong những cơ quan tích cực nhất trong việc phát triển các dự án sonification. Dữ liệu từ hố đen, tinh vân hay các hành tinh như Sao Mộc và Sao Thổ đã được chuyển thành các “bản nhạc” khoa học.
Ví dụ, cường độ bức xạ có thể được chuyển thành âm lượng, trong khi vị trí của vật thể trên ảnh thiên văn sẽ tương ứng với cao độ âm thanh.
Điều này nghe có vẻ giống nghệ thuật hơn khoa học, nhưng nhiều nhà nghiên cứu cho rằng sonification đang trở thành công cụ phân tích dữ liệu nghiêm túc.
Con người vốn cực kỳ nhạy cảm với âm thanh và nhịp điệu. Trong một số trường hợp, tai người có thể phát hiện những xu hướng hoặc biến động mà mắt khó nhận ra trên biểu đồ phức tạp.
Đặc biệt trong thời đại dữ liệu thiên văn bùng nổ, khi kính thiên văn thế hệ mới tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ mỗi ngày, việc “nghe” dữ liệu có thể trở thành một cách tiếp cận bổ sung cho phân tích bằng AI hoặc hình ảnh trực quan truyền thống.
Ngoài giá trị nghiên cứu, sonification còn có ý nghĩa lớn trong phổ biến khoa học và khả năng tiếp cận. Các dự án âm thanh hóa dữ liệu cho phép người khiếm thị “cảm nhận” thiên văn học theo cách mà hình ảnh không thể làm được.
Một cuộc cách mạng cảm giác trong thiên văn học
Trong nhiều thế kỷ, thiên văn học chủ yếu dựa vào thị giác. Kính thiên văn ngày càng mạnh hơn để con người nhìn xa hơn vào vũ trụ. Nhưng hiện nay, giới khoa học đang bước vào giai đoạn mà việc “nghe” có thể trở nên quan trọng không kém việc “nhìn”.
Các pulsar phát ra nhịp radio đều đặn như đồng hồ. Sóng hấp dẫn có thể được biểu diễn thành tiếng rung. Dao động plasma quanh hành tinh hay hố đen có thể chuyển thành âm thanh.
Những tín hiệu đó không phải âm thanh theo nghĩa thông thường, nhưng chúng mang thông tin vật lý thật về cấu trúc và hoạt động của vũ trụ.
Theo một nghĩa nào đó, nhân loại đang phát triển thêm một giác quan mới để khám phá không gian.
Và trong tương lai, những “bản nhạc” phát ra từ các ngôi sao neutron, hố đen hay sóng hấp dẫn có thể không chỉ phục vụ giáo dục khoa học hay truyền thông đại chúng, mà còn trở thành công cụ nghiên cứu quan trọng giúp con người hiểu sâu hơn về vũ trụ mà mình đang sống.
Hình minh họa cho thấy hai hố đen đang va chạm, bao quanh bởi vật chất tối. Ảnh: Robert Lea
Thiên hà M77 tỏa sáng trong bức ảnh mới do Kính viễn vọng Không gian James Webb chụp lại. Ảnh: ESA
