Tàu Gaia, được Cơ Quan Vũ Trụ Châu Âu (ESA) phóng lên, đã hoàn thành hơn một thập kỷ quan sát thiên văn đột phá, thu thập hơn ba nghìn tỷ điểm dữ liệu về hai tỷ ngôi sao và các thiên thể, một con số khổng lồ từ một sứ mệnh.
Tàu vũ trụ Gaia của Cơ Quan Vũ Trụ Châu Âu, vốn đã thực hiện nhiệm vụ lập bản đồ Dải Ngân Hà, đã hoàn thành giai đoạn quét bầu trời. Trong suốt thập kỷ qua, Gaia đã thực hiện hơn ba nghìn tỷ quan sát về khoảng hai tỷ ngôi sao và các thiên thể khác, thay đổi cách chúng ta hiểu về dải Ngân hà của mình và vũ trụ xung quanh.
Gaia được phóng vào ngày 19 tháng 12 năm 2013, và sau nhiều năm quan sát chính xác, nguồn nhiên liệu của nó hiện đang cạn kiệt. Tàu vũ trụ tiêu thụ khoảng mười gram khí lạnh mỗi ngày để duy trì sự ổn định và độ chính xác. Tuy nhiên, nhiệm vụ vẫn chưa kết thúc. Trong vài tuần tới, Gaia sẽ trải qua một loạt các thử nghiệm công nghệ trước khi được chuyển vào quỹ đạo cuối cùng để ‘nghỉ hưu’.
Thêm vào đó, hai đợt công bố dữ liệu lớn dự kiến sẽ diễn ra – một vào năm 2026 và một vào cuối thập kỷ này – cung cấp thêm những hiểu biết sâu sắc về vùng lân cận vũ trụ của chúng ta.
“Hôm nay đánh dấu sự kết thúc của các quan sát khoa học và chúng ta đang ăn mừng nhiệm vụ tuyệt vời này, đã vượt qua tất cả mong đợi của chúng ta, kéo dài gần gấp đôi tuổi thọ dự tính ban đầu,” Carole Mundell, Giám đốc Khoa học của ESA, nói.
“Kho tàng dữ liệu mà Gaia thu thập được đã cho chúng ta những hiểu biết độc đáo về sự hình thành và tiến hóa của Dải Ngân Hà (Milky Way galaxy) của chúng ta, và cũng đã thay đổi ngành vật lý thiên văn và khoa học Hệ Mặt Trời theo những cách mà chúng ta chưa thể hoàn toàn đánh giá hết. Gaia đã được xây dựng nhờ sự xuất sắc đặc biệt của châu Âu trong đo lường thiên văn và sẽ để lại di sản lâu dài cho các thế hệ tương lai.”
“Sau 11 năm trong không gian và sống sót qua các vụ va chạm với thiên thạch siêu nhỏ và các cơn bão mặt trời, Gaia đã hoàn thành việc thu thập dữ liệu khoa học. Giờ đây, tất cả mọi ánh mắt đều hướng về việc chuẩn bị cho các đợt công bố dữ liệu tiếp theo,” Johannes Sahlmann, nhà khoa học Dự Án Gaia, phát biểu.
“Tôi rất vui mừng với hiệu suất của nhiệm vụ tuyệt vời này, và háo hức với những phát hiện đang chờ đón chúng ta.”
Lập bản đồ dải ngân hà
Gaia đã vẽ các vị trí, khoảng cách, chuyển động, sự thay đổi độ sáng, thành phần và nhiều đặc tính khác của các ngôi sao bằng cách theo dõi chúng qua ba công cụ của nó nhiều lần trong suốt quá trình nhiệm vụ.
Điều này đã giúp Gaia hoàn thành mục tiêu chính của mình là xây dựng bản đồ lớn và chính xác nhất về Dải Ngân Hà mà chưa từng có nhiệm vụ nào thực hiện được trước đây.
“Nó chứa đựng những thay đổi lớn so với các mô hình trước đây, vì Gaia đã thay đổi cách chúng ta nhìn nhận Dải Ngân Hà. Ngay cả những ý tưởng cơ bản cũng đã được điều chỉnh, chẳng hạn như sự xoay vòng của trục trung tâm dải ngân hà, sự uốn cong của đĩa, cấu trúc chi tiết của các cánh tay xoắn ốc, và bụi liên sao gần Mặt Trời,” Stefan Payne-Wardenaar, người tạo hình ảnh khoa học cho Haus der Astronomie, Đức, và Văn phòng Thiên Văn học Giáo dục IAU, mô tả.
“Tuy nhiên, các phần xa của Dải Ngân Hà vẫn là những phỏng đoán có cơ sở dựa trên dữ liệu chưa hoàn chỉnh. Với các đợt công bố dữ liệu Gaia tiếp theo, cái nhìn của chúng ta về Dải Ngân Hà sẽ trở nên chính xác hơn nữa.”
Giải mã những bí ẩn thiên hà
Các phép đo lặp lại của Gaia về khoảng cách, chuyển động và đặc tính của các ngôi sao là chìa khóa để thực hiện “khảo cổ học thiên hà” trên Dải Ngân Hà, tiết lộ những liên kết bị thiếu trong lịch sử phức tạp của thiên hà để giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn gốc của mình.
Từ việc phát hiện những “hồn ma” của các thiên hà khác và nhiều dòng sao cổ đại đã hợp nhất với Dải Ngân Hà trong lịch sử ban đầu, cho đến việc tìm thấy bằng chứng cho một vụ va chạm đang diễn ra với thiên hà lùn Nhân Mã hiện nay, Gaia đang viết lại lịch sử của Dải Ngân Hà và đưa ra dự đoán về tương lai của nó.
Trong quá trình quét các ngôi sao trong chính thiên hà của chúng ta, Gaia cũng đã phát hiện các vật thể khác, từ tiểu hành tinh trong sân sau Hệ Mặt Trời đến các thiên hà và quasar – các trung tâm rực sáng đang hoạt động của các thiên hà được nạp năng lượng bởi các hố đen siêu khối lượng – bên ngoài Dải Ngân Hà.
Ví dụ, Gaia đã cung cấp quỹ đạo chính xác đến từng chi tiết của hơn 150.000 tiểu hành tinh, và có những phép đo chất lượng cao đến mức phát hiện được những mặt trăng có thể có xung quanh hàng trăm hành tinh trong số chúng. Nó cũng đã tạo ra bản đồ ba chiều lớn nhất của khoảng 1,3 triệu quasar, với những quasar sáng nhất ở xa khi vũ trụ chỉ mới 1,5 tỷ năm tuổi.
Gaia cũng đã phát hiện ra một loại hố đen mới, bao gồm một hố đen có khối lượng gần gấp 33 lần khối lượng của Mặt Trời, ẩn trong chòm sao Aquila, cách Trái Đất chưa đến 2000 năm ánh sáng – lần đầu tiên một hố đen có nguồn gốc từ sao lớn như vậy được phát hiện trong Dải Ngân Hà.
“Thật ấn tượng khi những phát hiện này chỉ dựa trên vài năm dữ liệu đầu tiên từ Gaia, và nhiều phát hiện được thực hiện trong năm vừa qua. Gaia đã trở thành cỗ máy phát hiện của thập kỷ, một xu hướng sẽ tiếp tục,” theo Anthony Brown, Chủ tịch Liên minh Xử lý và Phân tích Dữ liệu Gaia (DPAC) ở Hà Lan.
Chuẩn bị cho những phát hiện trong tương lai
Các nhóm khoa học và kỹ thuật của Gaia hiện đang làm việc hết sức để chuẩn bị cho Đợt Công Bố Dữ Liệu Gaia 4 (DR4), dự kiến sẽ ra mắt vào năm 2026. Khối lượng và chất lượng dữ liệu cải thiện với mỗi đợt công bố, và Gaia DR4 sẽ trình bày 500 TB dữ liệu thu thập trong 5,5 năm đầu tiên của nhiệm vụ, tương đương với thời gian hoạt động dự tính ban đầu của con tàu.
“Đây là đợt công bố Gaia mà cộng đồng đã chờ đợi, và thật thú vị khi nghĩ rằng nó chỉ gồm một nửa dữ liệu đã thu thập,” theo Antonella Vallenari, Phó Chủ tịch DPAC, giảng viên tại Viện Thiên Văn Học Quốc Gia Ý (INAF).
Gaia DR 4 sẽ cung cấp danh mục sao đôi lớn nhất từ trước đến nay. Gaia có khả năng đặc biệt để phát hiện chuyển động nhỏ của các sao đôi, tức cặp vật thể thiên thể quay quanh nhau, và đã phát hiện những người bạn đồng hành trước đây ẩn giấu xung quanh những ngôi sao sáng.
Các phát hiện về ngoại hành tinh của Gaia cũng sẽ gia tăng với các bộ dữ liệu sắp tới nhờ vào thời gian quan sát dài hơn giúp dễ dàng phát hiện các ngôi sao “lắc lư” nhẹ do các hành tinh quay quanh chúng kéo theo.
“Trong vài tháng tới, chúng tôi sẽ tiếp tục truyền tải từng tập dữ liệu cuối cùng từ Gaia, và đồng thời các nhóm xử lý dữ liệu sẽ đẩy mạnh công tác chuẩn bị cho đợt công bố dữ liệu lớn thứ năm và cuối cùng vào cuối thập kỷ này, bao gồm toàn bộ 10,5 năm thu thập dữ liệu của nhiệm vụ,” Rocio Guerra, Trưởng nhóm Hoạt động Khoa học Gaia, làm việc tại Trung Tâm Thiên Văn Học Không Gian Châu Âu (ESAC) của ESA gần Madrid, Tây Ban Nha, cho biết.
“Điều này sẽ kết thúc một nỗ lực phối hợp tuyệt vời giữa hàng trăm chuyên gia tại trung tâm hoạt động khoa học tại ESAC, nhóm vận hành nhiệm vụ điều khiển Gaia từ Trung Tâm Vận Hành Không Gian Châu Âu của ESA ở Đức, và liên minh lớn các chuyên gia xử lý dữ liệu, những người đã cùng nhau đảm bảo sự vận hành suôn sẻ của nhiệm vụ tuyệt vời này trong suốt thời gian dài.”
Các chuyển động cuối cùng và di sản của Gaia
Mặc dù hôm nay đánh dấu sự kết thúc của các quan sát khoa học, một giai đoạn thử nghiệm công nghệ ngắn sẽ bắt đầu. Các thử nghiệm này có thể cải thiện thêm việc hiệu chuẩn Gaia, tìm hiểu thêm về hành vi của một số công nghệ sau mười năm trong không gian, và thậm chí hỗ trợ thiết kế các nhiệm vụ không gian trong tương lai.
Sau vài tuần thử nghiệm, Gaia sẽ rời quỹ đạo hiện tại quanh điểm Lagrange 2, cách Trái Đất 1,5 triệu km theo hướng xa Mặt Trời, để được đưa vào quỹ đạo cuối cùng quanh Mặt Trời, xa khỏi phạm vi ảnh hưởng của Trái Đất. Tàu vũ trụ sẽ được tắt vào ngày 27 tháng 3 năm 2025, nhằm tránh bất kỳ thiệt hại hoặc ảnh hưởng nào đối với các tàu vũ trụ khác.
Trong suốt các thử nghiệm công nghệ, hướng của Gaia sẽ được thay đổi, có nghĩa là nó sẽ tạm thời trở nên sáng hơn vài độ, khiến việc quan sát qua các kính viễn vọng nhỏ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.
“Gaia sẽ tặng chúng ta món quà cuối cùng này khi chúng ta nói lời tạm biệt, tỏa sáng giữa các vì sao trước khi nghỉ hưu,” Uwe Lammers, Quản lý Nhiệm vụ Gaia, nói. “Đây là thời điểm đánh dấu sứ mệnh đột phá này và cảm ơn tất cả các đội ngũ vì hơn một thập kỷ làm việc chăm chỉ điều hành Gaia, lên kế hoạch cho các quan sát của nó, và đảm bảo dữ liệu quý giá của nó được chuyển về Trái Đất một cách suôn sẻ.”
Ảnh minh họa vệ tinh Gaia trước Dải Ngân Hà. Ảnh: ESA/ATG medialab
Đồ họa thông tin, giới thiệu về nhiệm vụ Gaia của ESA qua các con số trong giai đoạn quét bầu trời. Ảnh: ESA/Gaia/DPAC
Ảnh minh họa về một ngôi sao sáng với bạn đồng hành. Các nhà khoa học đã phát hiện các tín hiệu ánh sáng từ những bạn đồng hành mờ mà trước đây chưa được phát hiện của tám ngôi sao sáng bằng cách kết hợp dữ liệu từ nhiệm vụ Gaia của ESA với thiết bị GRAVITY của ESO. Ảnh: ESA
Ảnh minh họa tàu vũ trụ Gaia trước hình ảnh thực về bầu trời được Gaia ghi nhận. Ảnh: ESA/ATG medialab
