Bạn đã bao giờ tự hỏi các nhà thiên văn làm thế nào để lập bản đồ Dải Ngân Hà (the Milky Way) khi nó rộng lớn đến mức khó tưởng tượng? Một trong những công cụ mạnh mẽ nhất chính là bức xạ 21 cm.
Hydro, nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Khi electron trong nguyên tử hydro đảo chiều quay, nó phát ra một loại bức xạ điện từ có bước sóng 21 cm.
Dải Ngân Hà chứa đầy các nguyên tử hydro, và chúng liên tục phát ra bức xạ 21 cm. Điều đặc biệt là loại bức xạ này có thể di chuyển qua những đám bụi liên sao (interstellar dust) dày đặc thường che khuất tầm nhìn của chúng ta trong ánh sáng khả kiến. Nhờ vậy, bức xạ 21 cm trở thành một công cụ vô giá trong việc lập bản đồ cấu trúc của Dải Ngân Hà.
Bức xạ này giúp các nhà thiên văn quan sát được mọi thứ, từ các đám mây khí nơi hình thành sao cho đến hình dạng của các nhánh xoắn ốc của thiên hà. Trong khi ánh sáng khả kiến (visible light) bị bụi liên sao hấp thụ khi cố gắng di chuyển qua hàng chục nghìn năm ánh sáng trong thiên hà, bức xạ 21 cm có thể xuyên qua một cách dễ dàng.
Nhưng việc lập bản đồ cấu trúc thiên hà chỉ là một phần của câu chuyện. Các nhà thiên văn còn có thể tìm hiểu về chuyển động quay của Dải Ngân Hà bằng cách nghiên cứu sự dịch chuyển đỏ và dịch chuyển xanh của bức xạ 21 cm. Khi một vật thể trong không gian di chuyển ra xa chúng ta, bước sóng của ánh sáng hoặc bức xạ mà nó phát ra sẽ bị kéo dài, làm cho nó có màu đỏ hơn (dịch chuyển đỏ). Ngược lại, khi một vật thể tiến về phía chúng ta, bước sóng bị nén lại, làm cho nó có màu xanh hơn (dịch chuyển xanh).
Bằng cách phân tích sự dịch chuyển đỏ và xanh (redshift and blueshift) của bức xạ 21 cm từ các vùng khác nhau của thiên hà, các nhà thiên văn có thể xác định tốc độ quay của từng khu vực trong Dải Ngân Hà. Dữ liệu này giúp họ xây dựng một bức tranh toàn diện hơn về động lực và chuyển động của thiên hà.
Ứng dụng của bức xạ 21 cm không chỉ giới hạn ở Dải Ngân Hà. Các nhà thiên văn cũng có thể sử dụng phương pháp này để nghiên cứu các thiên hà xa xôi. Bằng cách quan sát các đám mây khí hydro trung tính trong những thiên hà này, họ có thể ước tính khối lượng của chúng. Lượng bức xạ 21 cm phát ra tỷ lệ với số lượng nguyên tử hydro có mặt, từ đó cung cấp manh mối về tổng khối lượng của thiên hà.
Bức xạ 21 cm là một công cụ mạnh mẽ trong thiên văn học, giúp các nhà khoa học lập bản đồ cấu trúc của Dải Ngân Hà, tìm hiểu về sự quay của nó và thậm chí ước tính khối lượng của các thiên hà xa xôi. Kỹ thuật này mở ra cánh cửa khám phá một vũ trụ rộng lớn và phức tạp, giúp chúng ta dần hé mở những bí ẩn của vũ trụ qua từng quan sát mới.
Vì vậy, lần sau khi bạn ngước nhìn bầu trời đêm, hãy nhớ rằng có rất nhiều điều đang diễn ra mà mắt thường không thể thấy được. Nhờ vào bức xạ 21 cm, chúng ta có thể bóc tách các lớp của Dải Ngân Hà và khám phá những điều kỳ diệu của vũ trụ theo cách mà trước đây từng là điều không tưởng.
Dải Ngân hà được đo lường nhờ bức xạ 21cm. Ảnh: Universe Today
| Nếu bạn muốn gọi người ngoài hành tinh, hãy dùng số này
Hãy cùng khám phá một bí ẩn vũ trụ có thể khiến bạn kinh ngạc: làm thế nào để chúng ta liên lạc với người ngoài hành tinh. Câu chuyện ở đây không bàn về những thông điệp mã hóa phức tạp hay tín hiệu nhấp nháy rực rỡ. Chúng ta đang nói đến một thứ cơ bản hơn nhiều—bức xạ 21 cm. Nhưng tại sao lại là 21 cm? Đây là lúc mọi thứ trở nên thú vị. Bức xạ 21 cm không phải là một tần số ngẫu nhiên (random frequency) mà chúng ta tùy tiện chọn. Nó gắn liền với một hiện tượng quan trọng, được gọi là “chuyển đổi chiều quay của hydro.” Nguyên tử hydro gồm một proton và một electron, và hai hạt này có một thuộc tính gọi là “quay.” Hãy tưởng tượng chiều quay giống như một mũi tên nhỏ có thể chỉ lên hoặc xuống. Trong không gian bao la, electron của nguyên tử hydro đôi khi có thể lật chiều quay, từ trạng thái song song với proton sang trạng thái ngược chiều. Khi điều này xảy ra, năng lượng được giải phóng dưới dạng bức xạ có bước sóng—đúng vậy—21 cm. Vậy tại sao điều này lại quan trọng? Bởi vì bất kỳ nền văn minh thông minh nào, dù họ có làn da xanh, xúc tu hay một hình dạng kỳ lạ nào khác, đều sẽ sớm hay muộn khám phá hydro, nghiên cứu cơ học lượng tử và nhận ra sự tồn tại của bức xạ 21 cm. Họ có thể gọi nó bằng một cái tên khác vì họ không có số “21” hay đơn vị “cm”, nhưng khái niệm này vẫn mang tính phổ quát. Một điều thú vị: tàu vũ trụ Pioneer của NASA, được phóng vào đầu những năm 1970, mang theo những tấm bảng có hình vẽ minh họa quá trình chuyển đổi chiều quay của hydro. Mọi kích thước khác trên bảng, bao gồm cả chiều cao con người, đều được đo dựa trên khoảng cách cơ bản này. Hy vọng là nếu người ngoài hành tinh tìm thấy, họ có thể nhận ra chuyển đổi quay của hydro và dùng nó để giải mã phần còn lại của thông điệp. Bây giờ hãy tưởng tượng viễn cảnh này: một ngày nào đó, các nhà thiên văn trên Trái Đất phát hiện một luồng bức xạ 21 cm bất thường. Nó không đến từ một đám mây hydro ngẫu nhiên; nó có hướng rõ ràng, có chủ đích. Đó có thể là một nền văn minh ngoài hành tinh gửi cho chúng ta một lời chào từ vũ trụ—bức xạ 21 cm là một danh thiếp hoàn hảo. Sử dụng bức xạ 21 cm để liên lạc với sinh vật ngoài hành tinh (extraterrestrial beings) là cách tận dụng một hằng số cơ bản mang tính toàn cầu. Và ai biết được? Có thể một ngày nào đó, khi chúng ta thực sự nhận được tín hiệu ấy, chúng ta sẽ biết rằng ở đâu đó ngoài kia, một nền văn minh thông minh khác cũng đã khám phá ra cùng một nguyên tắc vũ trụ như chúng ta.
|
