Làm thế nào nhiều thiên văn học là vô tình manh mối cho vũ trụ

Các nhà thiên văn học đã có một năm bom tấn.

Ngoài việc theo dõi một nguồn neutrino vũ trụ, họ đã phát hiện ra sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron có kích thước thành phố, mỗi ngôi sao nặng hơn cả mặt trời.

Những khám phá được báo trước là bằng chứng cho thấy một kỷ nguyên mới của thiên văn học đa hành tinh đã đến.

Nhưng thiên văn học đa phương là gì?

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta giải thích thế giới xung quanh dựa trên các tín hiệu khác nhau, chẳng hạn như sóng âm thanh, ánh sáng (một loại sóng điện từ) và áp lực da. Mỗi tín hiệu này có thể được truyền bởi một người đưa tin khác nhau. Các sứ giả mới dẫn đến những hiểu biết mới. Vì vậy, các nhà thiên văn học đã háo hức chào đón một loạt các sứ giả mới cho khoa học của họ.

Nhiều sứ giả

Trong phần lớn lịch sử của thiên văn học, các nhà khoa học chủ yếu nghiên cứu các tín hiệu được truyền bởi một sứ giả, bức xạ điện từ. Những sóng này, di chuyển trong không gian và thời gian, được mô tả bằng bước sóng của chúng hoặc lượng năng lượng được tìm thấy trong các hạt của chúng, các photon.

Sóng vô tuyến có các photon có lượng năng lượng thấp nhất và bước sóng dài nhất, tiếp theo là tia hồng ngoại và quang học ở các năng lượng và bước sóng trung gian. Tia X và tia gamma có bước sóng ngắn nhất và năng lượng cao nhất.

Nhưng các nhà khoa học cũng nghiên cứu các sứ giả khác:

• Tia vũ trụ: các hạt nguyên tử tích điện và hạt nhân di chuyển gần tốc độ ánh sáng.
• Neutrino: các hạt không tích điện nhìn thấy phần lớn vũ trụ trong suốt.
• Sóng hấp dẫn: nếp nhăn trong kết cấu của không gian và thời gian.

Và trong khi một số lĩnh vực trong thiên văn học đã khám phá những sứ giả này trong nhiều năm, các nhà thiên văn học mới chỉ quan sát các sự kiện gần đây ngoài Dải Ngân hà với nhiều hơn một sứ giả cùng một lúc. Chỉ trong vài tháng, số nguồn mà các nhà thiên văn học có thể ghép các tín hiệu từ các sứ giả khác nhau tăng gấp đôi.

Giống như đi bộ trên bãi biển

Thiên văn học đa vũ trụ là một sự tiến hóa tự nhiên của thiên văn học. Các nhà khoa học cần nhiều dữ liệu hơn để đưa ra một bức tranh hoàn chỉnh về các đối tượng họ nghiên cứu và phù hợp với các lý thuyết mà họ phát triển với các quan sát của họ.

Các nhà thiên văn học đã kết hợp các bước sóng khác nhau của các photon để ghép lại một số bí ẩn của vũ trụ. Ví dụ, sự kết hợp giữa dữ liệu vô tuyến và quang học đóng vai trò chính trong việc xác định rằng Dải Ngân hà là một thiên hà xoắn ốc vào năm 1951.

Và thiên văn học tiếp tục tiết lộ kết quả tuyệt vời về vũ trụ của chúng ta chỉ bằng một sứ giả, photon. Vì vậy, nếu thiên văn học đa hành tinh chỉ là một bước tiến hóa của một lịch sử thành công đáng kinh ngạc, điều đó có nghĩa là nó chỉ là một từ thông dụng mới?

Chúng tôi không nghĩ như vậy.

Hãy tưởng tượng bạn đang đi dọc theo một bãi biển. Bạn đang tận hưởng cảnh hoàng hôn lạ thường, nghe tiếng sóng vỗ, cảm nhận cát dưới chân và ngửi không khí mặn. Các giác quan kết hợp của bạn tạo thành một trải nghiệm đầy đủ hơn.

Với thiên văn học đa hành khách, chúng tôi hy vọng sẽ học được nhiều hơn từ vũ trụ bằng cách kết hợp nhiều sứ giả, giống như chúng ta kết hợp thị giác, thính giác, xúc giác và khứu giác.

Nhưng nó không phải lúc nào cũng là một chuyến dã ngoại

Các nền văn hóa của các nhà thiên văn học và các nhà vật lý hạt đại diện cho các cách tiếp cận khác nhau đối với khoa học. Trong thiên văn học đa hành khách, những nền văn hóa này va chạm với nhau.

Thiên văn học là một lĩnh vực quan sát và không phải là một thí nghiệm. Chúng ta nghiên cứu các vật thể thiên văn thay đổi theo thời gian (thiên văn miền thời gian), có nghĩa là chúng ta thường chỉ có một cơ hội để quan sát một sự kiện thiên văn thoáng qua.

Cho đến gần đây, hầu hết các nhà thiên văn học miền thời gian đã làm việc trong các nhóm nhỏ, trên nhiều dự án cùng một lúc. Chúng tôi sử dụng các tài nguyên như Nhà thiên văn học Telegram hoặc Mạng phối hợp tia Gamma để nhanh chóng truyền đạt kết quả, ngay cả trước khi nộp các bài báo khoa học.

Do hầu hết các nguồn tín hiệu đa hành khách dự kiến ​​là các sự kiện thiên văn thoáng qua, nên nó phải nỗ lực rất lớn để bắt các sứ giả bên cạnh các photon.

Đọc thêm: Đài thiên văn IceCube phát hiện neutrino và phát hiện ra một blazar là nguồn gốc của nó

Các nhà vật lý hạt đã dẫn đầu trong việc tạo ra sự hợp tác quốc tế lớn để giải quyết các vấn đề khó khăn nhất của họ, bao gồm Máy va chạm Hadron lớn, Đài quan sát IceCube Neutrino và Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO). Tiếp nối hàng trăm đến hàng ngàn nhà nghiên cứu để hướng tới các mục tiêu chung đòi hỏi phải xác định toàn diện vai trò, hướng dẫn giao tiếp nghiêm ngặt và nhiều hội nghị truyền hình.

Nhu cầu đáp ứng với những thay đổi nhanh chóng trong nguồn đa hành khách và nỗ lực lớn để thu được tín hiệu đa hành có nghĩa là thiên văn học và vật lý hạt phải hợp nhất với nhau để khơi gợi những điều tốt nhất của cả hai nền văn hóa.

Lợi ích của thiên văn học nhiều người

Trong khi thiên văn học đa hành tinh là một sự tiến hóa của những gì các nhà thiên văn học và vật lý hạt đã làm trong nhiều thập kỷ, kết quả tổng hợp rất hấp dẫn.

Việc phát hiện sóng hấp dẫn từ các ngôi sao neutron hợp nhất đã xác nhận rằng những vụ va chạm này đã tạo ra một phần lớn vàng và bạch kim trên Trái đất (và trong toàn vũ trụ). Nó cũng cho thấy những vụ va chạm này làm phát sinh (ít nhất là một số) vụ nổ tia gamma ngắn - nguồn gốc của những sự kiện bùng nổ này là một câu hỏi mở rất lớn trong thiên văn học.

Sự kết hợp đầu tiên của neutrino với một nguồn thiên văn duy nhất cung cấp một cái nhìn thoáng qua về cách vũ trụ tạo ra các hạt năng lượng nhất của nó. Thiên văn học nhiều người đang tiết lộ chi tiết về một số điều kiện khắc nghiệt nhất trong vũ trụ của chúng ta.

Viễn cảnh đa hành khách đã mang lại nhiều hơn tổng số các phần của nó - và chúng ta có thể mong đợi sẽ thấy những khám phá đáng ngạc nhiên hơn trong tương lai. Các nhóm ưu tú trên khắp Canada đã đóng góp cho sự phát triển của lĩnh vực non trẻ này và thiên văn học đa hành tinh hứa hẹn sẽ đóng một vai trò quan trọng trong thập kỷ nghiên cứu thiên văn tiếp theo của chúng tôi ở Canada - và trên toàn thế giới.

Bài viết này ban đầu được xuất bản trên Cuộc trò chuyện của Gregory Sivakoff và Daryl Haggard. Đọc văn bản gôc ở đây.