Nancy Grace Roman: “mắt thần” góc rộng sắp mở rộng bản đồ vũ trụ

Roman là kính viễn vọng gì?

Nancy Grace Roman Space Telescope là đài quan sát không gian hồng ngoại gần do NASA phát triển, tập trung vào những câu hỏi lớn về năng lượng tối, vật chất tối, ngoại hành tinh và vật lý thiên văn. Khác với các kính viễn vọng chủ yếu nhắm vào từng vật thể riêng lẻ, Roman được thiết kế để khảo sát các quần thể thiên thể trên diện rộng, từ đó tìm ra những quy luật thống kê mà các quan sát đơn lẻ khó thể hiện.

NASA hiện lên kế hoạch phóng Roman ngày 30/8/2026 trên tên lửa Falcon Heavy của SpaceX từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy ở Florida. Cơ quan này cho biết lịch phóng mới sớm hơn tám tháng so với mục tiêu trước đó.

Từ WFIRST đến Nancy Grace Roman

Sứ mệnh ban đầu có tên WFIRST, viết tắt của Wide-Field InfraRed Survey Telescope — kính viễn vọng khảo sát hồng ngoại trường rộng. Năm 2020, NASA đổi tên sứ mệnh để vinh danh Nancy Grace Roman, nữ thiên văn học từng là nhà thiên văn trưởng đầu tiên của NASA và đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy chương trình thiên văn học không gian của cơ quan này.

Roman có gương chính đường kính 2,4 m, tương đương Hubble. Tuy nhiên, điểm tạo nên khác biệt nằm ở camera và thiết bị quan sát phía sau gương: Thiết bị Trường rộng (Wide Field Instrument, WFI) có trường nhìn lớn hơn ít nhất 100 lần Hubble, thay vì chỉ 50 lần như một số mô tả phổ biến. Nhờ vậy, Roman có thể ghi hình những vùng trời rộng lớn mà vẫn duy trì độ sắc nét tương đương Hubble trong các mục tiêu phù hợp.

Vì sao trường nhìn rộng lại quan trọng?

Trong thiên văn học, một bức ảnh cực kỳ chi tiết về một vùng trời nhỏ chỉ cho biết thông tin về một số ít thiên thể. Roman sẽ bổ sung góc nhìn toàn cảnh: kính có thể lặp lại việc quan sát những khu vực rộng lớn, theo dõi sự thay đổi của các ngôi sao và lập bản đồ phân bố thiên hà hiệu quả hơn.

NASA cho biết Roman có khả năng đo ánh sáng từ khoảng một tỷ thiên hà trong suốt vòng đời sứ mệnh. Quy mô dữ liệu này giúp các nhà khoa học nghiên cứu vũ trụ bằng thống kê, chẳng hạn so sánh cách thiên hà phân bố, phát triển và bị bẻ cong ánh sáng bởi vật chất nằm trên đường ngắm.

Giải mã năng lượng tối và vật chất tối

Một mục tiêu hàng đầu của Roman là tìm hiểu năng lượng tối — thành phần bí ẩn được cho là liên quan đến sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ.

Kính sẽ kết hợp nhiều phép đo độc lập, gồm:

• Phân bố và sự kết cụm của các thiên hà, qua đó theo dõi cách cấu trúc vũ trụ hình thành và phát triển.
• Thấu kính hấp dẫn yếu, hiện tượng trong đó lực hấp dẫn của vật chất ở tiền cảnh làm biến dạng rất nhẹ hình dạng ánh sáng từ các thiên hà phía sau.
• Siêu tân tinh loại Ia, những vụ nổ sao có thể dùng để ước tính khoảng cách vũ trụ.

Khi đặt các phép đo này cạnh nhau, các nhà khoa học có thể kiểm tra xem năng lượng tối có hành xử giống một hằng số vũ trụ hay thay đổi theo thời gian. Dữ liệu cũng có thể cho thấy liệu thuyết tương đối rộng có cần được điều chỉnh khi áp dụng ở quy mô vũ trụ hay không.

Còn với vật chất tối, Roman không quan sát trực tiếp thành phần này. Thay vào đó, kính theo dõi cách vật chất tối bẻ cong ánh sáng và ảnh hưởng đến sự phân bố thiên hà, từ đó xây dựng những bản đồ về một thành phần không phát sáng nhưng có tác động hấp dẫn rõ rệt.

Săn ngoại hành tinh bằng “kính lúp” của trọng lực

Roman sẽ thực hiện khảo sát biến thiên theo thời gian ở vùng phình trung tâm Dải Ngân hà, nơi có hàng trăm triệu ngôi sao nằm dày đặc. Một kỹ thuật chính được sử dụng là vi thấu kính hấp dẫn.

Hiện tượng này xảy ra khi một ngôi sao ở phía trước, cùng với các hành tinh quay quanh nó, gần như đi ngang qua đường ngắm tới một ngôi sao ở xa hơn. Trọng lực của hệ ở tiền cảnh làm ánh sáng của ngôi sao phía sau sáng lên trong thời gian ngắn. Nếu có hành tinh, nó có thể tạo ra một dấu hiệu nhỏ trong đường cong ánh sáng.

Phương pháp này có ưu thế trong việc phát hiện các hành tinh lạnh, nằm xa ngôi sao chủ, cũng như những hành tinh trôi nổi tự do không quay quanh ngôi sao nào — các nhóm thường khó phát hiện bằng phương pháp quá cảnh, vốn tìm kiếm sự suy giảm ánh sáng khi hành tinh đi qua trước ngôi sao.

NASA hiện ước tính Roman có thể tìm thấy khoảng 100.000 hành tinh bằng kỹ thuật vi thấu kính. Một số bài viết bên ngoài nêu con số lên tới 200.000, nhưng đây không phải là ước tính hiện tại được NASA sử dụng trong các tài liệu chính thức được dẫn ở đây.

Coronagraph: bước thử cho việc chụp trực tiếp hành tinh

Roman cũng mang theo Coronagraph Instrument, thiết bị dùng để trình diễn công nghệ. Coronagraph sẽ che bớt ánh sáng chói từ một ngôi sao, giúp làm lộ những vật thể mờ hơn ở gần đó.

Thiết bị này có thể hỗ trợ chụp ảnh và phân tích quang phổ của một số ngoại hành tinh khổng lồ, cũng như các đĩa bụi và đĩa hình thành hành tinh quanh những ngôi sao lân cận. Đây chủ yếu là sứ mệnh công nghệ, nhằm phát triển các phương pháp cần thiết cho những kính viễn vọng tương lai có thể nghiên cứu các thế giới có khả năng thích hợp cho sự sống.

Roman sẽ hoạt động ở đâu?

Sau khi tách khỏi Falcon Heavy, Roman sẽ hướng tới điểm L2 của hệ Mặt Trời–Trái Đất, cách Trái Đất khoảng 1,5 triệu km. Đây là một điểm Lagrange, nơi các lực hấp dẫn và chuyển động quỹ đạo tạo ra môi trường thuận lợi để tàu duy trì vị trí tương đối ổn định khi cùng Trái Đất quay quanh Mặt Trời.

NASA công bố thời gian hoạt động danh định của Roman là khoảng năm năm, với mục tiêu kéo dài lên 10 năm nếu điều kiện cho phép.

Công tác chuẩn bị phóng

Một cột mốc quan trọng đã hoàn tất tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy: kỹ thuật viên nạp khoảng 290 gallon nhiên liệu hydrazine, tương đương gần 1.100 lít, cho đài quan sát. Lượng nhiên liệu này sẽ được sử dụng sau khi phóng để điều chỉnh quỹ đạo và hỗ trợ Roman tiến tới khu vực hoạt động quanh L2.

Trước ngày phóng, Roman còn phải trải qua các bước kiểm tra, thử nghiệm cấp nguồn, diễn tập phóng, tích hợp với tầng tên lửa và đóng trong vỏ bảo vệ.

Roman có thay thế James Webb không?

Không. Roman và Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) được thiết kế để bổ trợ cho nhau.

Roman mạnh ở việc quét những vùng trời rộng, phát hiện số lượng lớn thiên hà, siêu tân tinh và ứng viên ngoại hành tinh trong ánh sáng hồng ngoại gần. Webb lại phù hợp hơn với các quan sát cực sâu, độ chi tiết cao đối với từng mục tiêu được lựa chọn.

Nói cách khác, Roman có thể đóng vai trò “bản đồ và hệ thống sàng lọc” của bầu trời: kính tìm ra những vật thể hiếm hoặc có ý nghĩa thống kê, sau đó Webb có thể được dùng để nghiên cứu sâu hơn từng mục tiêu.

Những con số cần thận trọng

Các tài liệu chính thức hiện có của NASA ủng hộ những thông tin như trường nhìn của Roman lớn hơn ít nhất 100 lần Hubble, sứ mệnh được đẩy sớm tám tháng, và ước tính khoảng 100.000 hành tinh qua vi thấu kính hấp dẫn.

Ngược lại, chưa có đủ nguồn có thẩm quyền trong bộ tài liệu này để xác nhận chính xác các tuyên bố Roman tạo ra 500 terabyte dữ liệu mỗi năm hoặc hoàn thành một cuộc khảo sát Dải Ngân hà trong một tháng thay vì khoảng một thế kỷ như Hubble. Vì vậy, những con số đó không nên được trình bày như thông số chính thức đã được NASA xác nhận.