“Tôi hoàn toàn tin chắc có một dạng sự sống sống khác ở một nơi khác”
parismatch.com, Romain Clergeat, 2021-01-23
Hình minh họa hành tinh lùn TRAPPIST-1. DR
Ngày 28 tháng 1, Cao đẳng Pháp quốc (Collège de France) hợp tác với đài RFI trong chương trình “Đêm của những Ý tưởng” (Nuit des Idées) đã tổ chức một hội thảo có tên: “Những gần gũi”. Một thách thức trong thời giãn cách xã hội! Bà Françoise Combes, người giữ ghế giáo sư “Thiên hà và Vũ trụ học” năm 2014, huy chương vàng năm 2020 của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia, CNRS tham dự chương trình. Bà giải thích vì sao, trong Vũ trụ, khái niệm về sự gần gũi mang một ý nghĩa hoàn toàn mới và làm cho thiên hà Andromeda, dù ở cách xa chúng ta 2,5 triệu năm ánh sáng lại là thiên hà “gần chúng ta nhất”.
Bà Françoise Combes, người giữ ghế giáo sư “Thiên hà và Vũ trụ học” năm 2014, huy chương vàng năm 2020 của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia, CNRS.
Paris Match. Làm thế nào có thể hiểu được các vì sao trên bầu trời là một phần của một tổng thể lớn hơn gọi là thiên hà, và có hàng tỷ hàng tỷ thiên hà trong số này?
Giáo sư Françoise Combes. Nó rất, rất dài … Nhưng để nói nhanh, năm 1920 đã có một cuộc tranh luận lớn giữa hai nhóm các nhà thiên văn. Ông Messier, khi đi tìm các sao chổi, đã thấy các thiên hà, nhưng ông gọi chúng là “những đám mây mù mịt”. Những đám mây khí, được chiếu sáng bởi những ngôi sao gần đó. Vào thời điểm đó, người ta nói đó là “Đám mây Andromeda” nhưng nó là thiên hà. Một số người nghĩ các “hiện tượng” này là một phần của Vũ trụ chúng ta. Có những người khác nghĩ, các thiên hà là những thế giới riêng biệt, như Dải Ngân hà; nhưng xa hơn nhiều. Nhờ công trình nghiên cứu của bà Henrietta Leavitt, nhà thiên văn học người Mỹ, về độ sáng của các ngôi sao, ông Edwin Hubble đã có thể tính toán khoảng cách của chúng và cho biết Andromeda ở rất xa chúng ta, vì vậy nó không nằm trong thiên hà của chúng ta. Cuối cùng, chỉ mới một thế kỷ nay, người ta mới biết vũ trụ của chúng ta lớn hơn Dải Ngân hà.
Nếu hệ mặt trời của chúng ta là một đồng âu kim thì thiên hà của chúng ta sẽ có kích thước bằng Hoa Kỳ. Dải Ngân hà có gì đặc biệt về Vũ trụ hay nó cũng chỉ là bình thường một cách vô vọng?
Nó là một thiên hà xoắn ốc bình thường. Rộng một trăm ngàn năm ánh sáng. Hệ mặt trời là 8 phút ánh sáng. Chúng ta thấy tỷ lệ kích thước khác biệt chừng nào. Và Andromeda, thiên hà gần chúng ta nhất, cách chúng ta… 2,5 triệu năm ánh sáng. Ở nơi được gọi là hàng xóm gần gũi nhất chúng ta. Ngoài ra còn có những thiên hà cách chúng ta 10 năm ánh sáng. Một phần của tổng thể lớn hơn, nhưng vẫn luôn “gần” theo tiêu chuẩn của Vũ trụ, trải dài từ 100 đến 200 triệu năm ánh sáng. Và xa hơn nữa, những kiến trúc tương tự có thể được tính bằng hàng tỷ năm ánh sáng.
Người ta ước tính có từ 200 đến 400 tỷ thiên hà trong Vũ trụ, nhưng các nghiên cứu gần đây cho thấy nó có thể nhiều hơn gấp 10 lần. Bà có thể giải thích cho chúng tôi?
Đó là một câu hỏi về định nghĩa. Đến một lúc chúng ta ngừng nói về “thiên hà” vì có những thiên hà rất nhỏ, được gọi là “sao lùn.” Trong Đám mây Magellan, có một số có kích thước nhỏ hơn 100 lần so với Dải Ngân hà. Nếu chúng ta tính đến chúng, thì chúng ta dễ dàng có đến 2000 cái. Khi chúng ta nhìn rất xa vào vũ trụ, chúng ta đi ngược lại thời gian. Và chúng ta sẽ ít thấy các thiên hà lùn, dĩ nhiên, vì chúng ít phát sáng hơn. Với kính viễn vọng James Webb, sắp được phóng, chúng ta sẽ còn thấy nhiều hơn thế. Vì vậy, 2000 tỷ thiên hà là một con số chắc chắn sẽ còn tăng thêm nữa.
Và bắt đầu từ giả định nó quay chung quanh một ngôi sao, trung bình từ 3 đến 5 hành tinh, chúng ta đi đến một con số chóng mặt!
Khổng lồ! Có nhiều hành tinh trong Dải Ngân hà hơn là các ngôi sao, khoảng 300 tỷ. Xung quanh một ngôi sao có thể có 8 đến 10 hành tinh. Mặt khác, các hành tinh trong vùng có thể sinh sống, không quá gần cũng không quá xa ngôi sao của nó, thì chúng có khoảng từ 200 đến 300 triệu. Cho đến bây giờ, chúng ta cũng định danh được khoảng 4000 ngoại hành tinh. Vì vậy, theo phép ngoại suy, không có lý do gì để nó khác biệt ở bất kỳ nơi nào khác ngoài hệ mặt trời của chúng ta.
Đây không phải là một câu hỏi khoa học, nhưng theo bà, nó có vẻ “chấp nhận được”, rằng sự sống có ít nhất trên một hành tinh khác?
Tôi hoàn toàn chắc chắn điều này. Có một dạng sự sống ở nơi khác. Xét đến số lượng… Chúng ta đã thấy có đến 300 triệu hành tinh có thể sinh sống được trong thiên hà của chúng ta. Và có thể có 2000 tỷ thiên hà. Và đó là chúng ta chỉ nói đến chân trời có thể quan sát được. Chúng ta sẽ không phạm sai lầm của người xưa, khi nghĩ chúng ta là trọng tâm vũ trụ. Chắc chắn chúng ta không phải là những người duy nhất. Và khó khăn là nhận diện sự sống này. Chắc chắn sẽ có những sinh vật sống, hơi giống chúng ta, nhưng ở rất xa… Phải mất cả trăm ngàn năm ánh sáng để có một tín hiệu đi qua thiên hà chúng ta, từ điểm này đến điểm khác. Hàng tỷ năm ánh sáng cho những thiên hà ở xa nhất, trước khi nó có thể đến được với chúng ta… Việc thu thập thông tin này sẽ rất “phức tạp”
Ở trung tâm của mỗi thiên hà, có một lỗ đen. Khi đến hạn, trong hàng chục tỷ năm. liệu toàn bộ Dải Ngân hà có sụp đổ vào đó không?
Không. Chúng ta nghĩ về lỗ đen như một cái máy hút bụi. Không phải vậy đâu. Có một mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa cái gọi là lỗ đen “siêu lớn” và bong bóng của những ngôi sao ở trung tâm thiên hà của chúng ta. Tuy nhiên, chúng ta đã thấy lỗ đen siêu lớn này chỉ chiếm… 0,2% khối lượng của bong bóng. Nó có thể “cân nặng” một tỷ khối lượng mặt trời, nhưng trọng lực của nó không đáng kể, miễn là chúng ta ở xa nó một hệ mặt trời. Khi đó, trọng lực của bong bóng lớn hơn rất nhiều. Có đầy cả lỗ đen nhỏ trong thiên hà chúng ta. Có 8% các ngôi sao khổng lồ có thể phát nổ thành ngôi sao mới và trở thành các lỗ đen. Từ 3 đến 80 lần khối lượng mặt trời. Từ sự kiện này, chúng ta nghĩ về tất cả những ngôi sao đã chết kể từ thời kỳ sơ khai của Vũ trụ, 13,8 tỷ năm trước, tạo nên hàng tỷ lỗ đen nhỏ luân lưu trong thiên hà của chúng ta.
Đâu là sự khác biệt giữa một thiên hà rất cổ như thiên hà lâu đời nhất từng được phát hiện, GNZ 1, và một thiên hà gần đây là gì?
Mới đầu, chúng rất nhỏ. Sau đó, chúng phát triển, bằng cách lớn dần và cũng bằng cách hội nhập vào các thiên hà. Vì vậy, ban đầu, chúng lùn. Nhưng giữa một thiên hà rất cổ và một thiên hà mới hơn, cấu trúc hình thành là như nhau.
Đâu là những bí ẩn vẫn còn chung quanh sự hình thành của các thiên hà?
Điều quan trọng nhất là vấn đề chất liệu đen. Chúng tôi cố gắng thực hiện các mô phỏng, với các chát liệu khác nhau. Chúng tôi đã làm việc trong 30 năm trên sao nổi tiếng “WIMP”, một hạt có khối lượng gấp 100 lần khối lượng của proton và lẽ ra nó phải được nhìn thấy trong các máy gia tốc hạt như máy CERN. “Lẽ ra” chúng phải được tạo ra bằng cách va chạm các proton. Nhưng hạt này đã không xuất hiện và chúng tôi phải từ giã nó. Hiện nay chúng tôi làm trên một “axion” tiềm năng. Chúng tôi đã thực hiện các mô phỏng thiên hà để tìm hiểu xem liệu đây có phải là đối tượng để giải thích cho chất liệu tối này hay không. Nếu nó cho thấy sai, thì có thể sẽ phải thay đổi luật của trọng lực. Điều mà rất nhiều người đã làm trong nhiều thập kỷ.
Có một bí ẩn khác: chúng ta muốn biết tại sao ở giữa thời của vũ trụ, có nhiều thiên hà không hình thành ngôi sao nữa. Chúng dừng lại, chúng “nghỉ hưu” và chúng không còn làm ngôi sao nữa. Ngưng ngang một cách đột ngột. Và chúng tôi không biết tại sao.
Tốc độ quay của thiên hà chúng ta là 600 cây số/giây, hơi giống như lực ly tâm của chiếc vòng quay, cuối cùng nó đẩy các ngôi sao ở rìa ra ngoài. Không phải vậy, và chính bí ẩn của chất liệu đen đã “giữ” những ngôi sao này lại với nhau. Cái còn lại được cho là con đường để làm sáng tỏ bí mật? Người ta nói nhiều về lý thuyết Mond. Lý thuyết đó là gì?
Về nguyên tắc, lý thuyết Mond là thay đổi trọng lực. Nhưng không phải đó là điều chúng ta biết dĩ nhiên. Trong toàn bộ hệ mặt trời, nó được kiểm chứng rất tốt. Nhờ nhà bác học Newton, sau đó là Einstein, người đã mở rộng ra. Nhưng chúng ta cần thay đổi trọng lực trong các lãnh vực rất yếu. Điều này có nghĩa là gì? Trên hành tinh chúng ta, chúng ta có trọng lực của trái đất, Tôi đang nói đến trọng lực 10 lũy thừa 10 lần nhỏ hơn. Phải đi đến tận cùng của thiên hà để phát hiện ra trọng lực rất thấp này. Cho đến các tia sáng mặt trời, chúng ta không cần chất liệu đen để giải thích trọng lực của chúng ta. Bất cứ nơi nào từ trường yếu, chúng tôi cố gắng tăng một chút trọng lực mà chúng tôi biết, đó là trọng lực của Einstein và Newton. Đó là nguyên tắc của lý thuyết Mond. Và điều đó giải thích cho đường cong quay của các thiên hà. Vấn đề là, nó không hoạt động ở mọi nơi. Không phải lúc bắt đầu Vũ trụ. Cũng không phải trong các cụm thiên hà lớn. Vì thế, cho đến bây giờ đây là hệ thống các quy tắc, dùng kinh nghiệm quá khứ để nghiên cứu và phát hiện cái mới (heuristic). Chúng tôi chưa có giải pháp. Một số người làm việc ở khía cạnh lý thuyết trọng lực. Chúng tôi tìm kiếm…
Các làn sóng trọng lực có thể mang đến các yếu tố thông tin hữu ích trong nghiên cứu không có gì là thấy rõ ràng này không?
Có một chút. Ngày nay chúng ta có độ chính xác rất cao về tốc độ của những làn sóng này. Đó chính xác là tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, một số lý thuyết về trọng lực đã được sửa đổi, công nhận tốc độ của sóng trọng lực không bằng tốc độ ánh sáng. Trên thực tế, tất cả công việc này đã thất bại. Và chúng hữu ích trong nghĩa này.
Trong một kịch bản về thời cuối cùng, trong khoảng thời gian từ 10 đến lũy thừa 1100 năm nữa, Vũ trụ sẽ kết thúc với một vụ nổ của các sao lùn đen, chúng là những ngôi sao chưa được biết đến. Chúng ta có thể giải thích điều này có nghĩa là gì không?
Chúng ta đang trong giai đoạn mở rộng nhanh chóng. Đó là năng lượng tối. Một thứ gì đó thuộc loại mới, giống như phần tử thứ năm. Tuy nhiên, lực đẩy này mạnh đến mức nó sẽ trở thành cấp số nhân. Và thực sự, trong một thời gian rất rất rất rất xa, nếu chúng ta ngoại suy rất nhiều, thì ngay cả các thiên hà cũng sẽ bung ra và chỉ còn lại một mớ bụi nghiền ngôi sao. Còn về những ngôi sao lùn, đó không phải là tên chính thức. Chúng là những sao lùn trắng, giống như mặt trời chúng ta, những ngôi sao rất lớn vào cuối đời, chúng trở thành sao lùn trắng và đến cuối đời thì sẽ thành “đen”, vì bức xạ của chúng không còn được phát hiện nữa.
Đã có lạm phát ban đầu, và sau đó, 5-6 tỷ năm trước, có sự mở rộng của Vũ trụ “đột ngột” gia tăng. Chúng ta có tưởng tượng một ngày nào đó nó sẽ chậm lại không?
Sự giãn nở của vũ trụ chưa bao giờ dừng lại. Lúc đầu nó rất mạnh, sau đó chậm lại. Người ta nghĩ, đó là do trọng lực của tất cả vật chất trong Vũ trụ, đã kìm hãm nó lại. Nhưng năm 1998, chúng ta phát hiện nó tăng tốc trở lại, do năng lượng đen này. Ngày nay chúng ta biết nội dung Vũ trụ với một độ chính xác cao: 5% chất liệu thường, 25% chất liệu đen và 70% năng lượng đen nổi tiếng này. Tuy nhiên, nó sẽ chỉ tăng lên. Ngày mai, nó sẽ là 80%, rồi một ngày sẽ là 99%. Vì vật chất sẽ được pha loãng trong quá trình giãn nở. Chính vì thế, kịch bản về một Vụ nổ lớn (Big Crunch), nơi tất cả vật chất được tập trung lại, dường như là sai đối với sự kết thúc của Vũ trụ. Trên những gì chúng ta thấy, chúng ta sẽ ở trong tình trạng loãng vĩnh viễn.
Giuse Nguyễn Tùng Lâm dịch
Bài đọc thêm: Giáo sư Trịnh Xuân Thuận: “Chúng ta là hạt bụi của các vì sao”
