Neil Gehrels, nhà vật lý thiên văn NASA đứng sau kính viễn vọng Swift

Neil Gehrels

Photo: NASA GSFC / Public domain, via Wikimedia Commons

Sinh	3 tháng 10, 1952 Lake Geneva, Wisconsin, United States
Mất	6 tháng 2, 2017 (64)
Nghề nghiệp	Nhà vật lý thiên văn
Giải thưởng	Huy chương Henry Draper · Huy chương Thành tựu Khoa học Đặc biệt của NASA · Giải thưởng Dan David

Trong gần hai thập kỷ, một vệ tinh của NASA có thể phát hiện vụ nổ ở rìa xa của vũ trụ, xoay hướng về phía đó chỉ trong khoảng một phút và gửi tọa độ tới các kính thiên văn dưới mặt đất trước khi ánh chớp tắt. Trong những năm cuối hoạt động, vệ tinh mang tên Neil Gehrels, nhà vật lý thiên văn tại Goddard, người đã dẫn dắt dự án từ khâu đề xuất đến khi lên quỹ đạo; giờ đây, nó đã ngừng quan sát. Con tàu đang chìm qua tầng khí quyển trên cao, không còn phương án cứu hộ nào để thử, trong khi một kính thiên văn thứ hai mà Gehrels định hướng từ những bước hoạch định ban đầu đang tiến tới vị trí quan sát xa hơn Mặt Trăng rất nhiều. Ông đã không còn sống để chứng kiến cả hai thời khắc ấy.

Gehrels sinh ra ở Lake Geneva, Wisconsin, và lớn lên gần những chiếc kính thiên văn vì cha ông, nhà thiên văn học Tom Gehrels, làm việc với chúng; gia đình từng sống một thời gian tại Đài thiên văn McDonald ở Texas trước khi chuyển đến Tucson khi Neil lên mười bốn tuổi. Tại University of Arizona, ông theo học để trở thành nhà soạn nhạc cổ điển, rồi tốt nghiệp với bằng cả âm nhạc lẫn vật lý. Cuối cùng, vật lý đã thắng. Sự kết hợp này không kỳ lạ như thoạt nhìn: sứ mệnh làm nên tên tuổi của ông xoay quanh bài toán thời điểm, với các thiết bị phải phối hợp và hoạt động đúng nhịp.

Tại Caltech, nơi ông nhận bằng tiến sĩ vật lý năm 1982 dưới sự hướng dẫn của Rochus Vogt và Edward C. Stone, một trong những công việc đầu tiên của ông là hiệu chuẩn thiết bị đo tia vũ trụ được đưa lên tàu Voyager. Khi cả hai tàu Voyager bay qua Sao Mộc năm 1979, thiết bị ấy phát hiện điều bất ngờ. Các hạt năng lượng trong từ quyển của hành tinh này được cho là chủ yếu gồm hydro và heli; nhưng Gehrels phát hiện oxy và lưu huỳnh mới là những thành phần chiếm ưu thế. Nguồn gốc của chúng hóa ra là các núi lửa trên Io. Phát hiện đó trở thành đề tài luận án của ông. Tại đây, ông cũng gặp Ellen Williams, một sinh viên vật lý cùng trường; hai người kết hôn năm 1980.

Năm 1981, ông gia nhập Goddard Space Flight Center của NASA ở Maryland với tư cách nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và gắn bó với trung tâm này đến cuối đời. Dự án đầu tiên của ông tại đây là GRIS, một máy quang phổ tia gamma gắn trên khinh khí cầu, gần hoàn tất thì Supernova 1987A xuất hiện trên bầu trời phía nam. Thiết bị được đưa lên bay trong thời gian gấp rút và ghi nhận vạch tia gamma do cobalt-56 phân rã; vạch này bị mở rộng và dịch chuyển, cung cấp bằng chứng mạnh mẽ ban đầu cho thấy tàn tích của một ngôi sao phát nổ bị xáo trộn dữ dội và phân bố không cân xứng. Một năm trước đó, ông đã công bố một bài báo ngắn về cách thiết lập giới hạn độ tin cậy khi chỉ đếm được một số ít sự kiện; kể từ đó, các nhà thiên văn làm việc với những tập dữ liệu ít sự kiện vẫn thường trích dẫn bài báo này. Từ khi Compton Gamma Ray Observatory được phóng lên năm 1991 cho đến khi rời quỹ đạo năm 2000, ông là nhà khoa học phụ trách dự án; từ năm 1995, ông điều hành Astroparticle Physics Laboratory của Goddard.

Swift là ý tưởng đưa tên tuổi ông đến với công chúng. Các vụ bùng phát tia gamma chỉ lóe sáng trong vài giây hoặc ngắn hơn, và suốt nhiều năm, không ai định vị được chúng đủ nhanh để quan sát những gì còn sót lại. Gehrels dẫn dắt đề xuất chế tạo một vệ tinh có thể phát hiện vụ bùng phát, tự xoay các kính thiên văn tia X và tử ngoại-quang học của mình về đúng vị trí mà không phải chờ lệnh từ mặt đất, rồi phát đi tọa độ cho các đài quan sát trên khắp thế giới. Ông là điều tra viên chính của dự án từ năm 1999 cho đến khi qua đời, xuyên suốt thời điểm phóng ngày 20 tháng 11 năm 2004 và những năm vận hành sau đó. Năm 2005, ông dẫn dắt bài báo đăng trên Nature liên kết một vụ bùng phát ngắn với một thiên hà elip già cỗi, cung cấp bằng chứng cho thấy các vụ bùng phát ngắn bắt nguồn từ sự hợp nhất của những vật thể đặc như sao neutron, chứ không phải từ sự sụp đổ của các ngôi sao khối lượng lớn. Swift được thiết kế để hoạt động trong hai năm. Vệ tinh đã quan sát hơn 2.000 vụ bùng phát và từ lâu trước khi sứ mệnh kết thúc, nó đã trở thành hệ thống báo động tổng quát cho mọi hiện tượng đột ngột sáng lên trên bầu trời.

Ông không ngừng mở rộng phạm vi nghiên cứu. Ông là phó khoa học gia dự án của Fermi Gamma-ray Space Telescope, đồng thời là thành viên của LIGO Scientific Collaboration; năm 2016, ông cùng các cộng sự viết chiến lược tìm kiếm ánh sáng từ những sự kiện sóng hấp dẫn bằng cách hướng kính thiên văn tới các thiên hà chủ có khả năng liên quan. Loại sự kiện mà công trình ấy dự đoán đã xảy ra vào tháng 8 năm 2017, khi hai sao neutron hợp nhất và Swift ghi nhận ánh sáng tử ngoại từ phần dư của sự kiện. Gehrels đã qua đời vì ung thư tuyến tụy sáu tháng trước đó, vào ngày 6 tháng 2 năm 2017, ở tuổi 64.

Cách kể gọn ghẽ về cuộc đời ông — một con người và một đài quan sát mang tên ông — bỏ qua cách ông làm việc cũng như mức độ mong manh của các dự án ông theo đuổi. Giải Bruno Rossi năm 2007 và Huy chương Henry Draper năm 2009 được trao cho ông cùng nhóm Swift; sứ mệnh này do Penn State vận hành với các đối tác ở Vương quốc Anh và Italy. Việc đổi tên tàu vũ trụ vào năm 2018 là sự ghi nhận dành cho người đã gắn kết liên minh ấy; nhưng đồng thời, nó cũng khiến người ta khó thấy được dự án cần đến bao nhiêu bàn tay. Các cỗ máy này chưa bao giờ được bảo đảm an toàn. Kính thiên văn trường rộng mà ông định hình trong vai trò nhà khoa học phụ trách dự án, khi ấy có tên WFIRST, từng bị Nhà Trắng đề xuất hủy bỏ vào năm 2018 và một lần nữa vào năm 2025, rồi sống sót nhờ Quốc hội và ngân sách được điều chỉnh khôi phục dự án. Swift đi đến hồi kết sau khi NASA đặt cược vào một tàu kéo thương mại để cứu nó: LINK của Katalyst, được thiết kế để tiếp cận vệ tinh đã cũ và đẩy nó lên quỹ đạo cao hơn. Tàu kéo được phóng vào tháng 7 năm 2026; đến tháng 8, kế hoạch nâng quỹ đạo bị hủy vì các vấn đề kiểm soát tư thế. Cứu một vệ tinh vốn chưa bao giờ được thiết kế để bảo dưỡng là một canh bạc hoàn toàn mới, và đài quan sát của ông chính là thứ được đem ra đánh cược.

Hai kết cục diễn ra cách nhau vài tuần. Nancy Grace Roman Space Telescope, tên mới của WFIRST, cất cánh trên tên lửa Falcon Heavy từ Kennedy Space Center vào ngày 30 tháng 8 năm 2026, hướng tới điểm L2 của hệ Mặt Trời-Trái Đất; những hình ảnh khoa học đầu tiên dự kiến xuất hiện vào đầu năm 2027. Gương của kính thiên văn có kích thước tương đương Hubble, nhưng camera quan sát được vùng trời rộng gấp khoảng một trăm lần — nền tảng cho các cuộc khảo sát năng lượng tối và ngoại hành tinh mà Gehrels góp phần thiết kế. Swift thực hiện quan sát cuối cùng vào ngày 20 tháng 10 năm 2026, sau khi quỹ đạo hạ xuống dưới khoảng 275 km; NASA dự đoán vệ tinh sẽ đi vào khí quyển trong vòng vài tuần. Kho dữ liệu của nó, bao gồm hơn 1,5 triệu ảnh tử ngoại và quang học, vẫn được mở cho mọi người.

Ngoài phòng thí nghiệm, ông còn chinh phục những vách núi. Năm 2006 và một lần nữa vào năm 2015, ông một mình leo tuyến Nose trên El Capitan, ở Yosemite, trong những chuyến leo kéo dài sáu ngày. Ellen Williams sau này lãnh đạo ARPA-E thuộc Bộ Năng lượng; hai người có với nhau hai người con. Ông được bầu vào National Academy of Sciences năm 2010, và tiểu hành tinh 16000 Neilgehrels mang tên ông. Ông cũng là một trong ba người nhận giải Dan David Prize năm 2017, cùng với Shrinivas Kulkarni và Andrzej Udalski.

Nhìn lại từ đây, sự nghiệp của ông cho thấy thành quả bền lâu nhất của một sứ mệnh chính là thói quen mà nó hình thành ở những người khác. Swift rèn luyện cả một thế hệ nhà thiên văn luôn sẵn sàng đón cảnh báo và xoay kính thiên văn trong vài phút; Roman sẽ trao cho họ những bản đồ lớn đến mức không nhóm nghiên cứu nào có thể hoàn thành một mình. Vệ tinh mang tên ông rồi sẽ cháy rụi. Nhưng phản xạ mà nó tạo nên không cần phải có nó trên quỹ đạo.

Thẻ: chớp tia gamma, Nancy Grace Roman Space Telescope, Neil Gehrels, Compton Gamma Ray Observatory, Edward C. Stone, Goddard Space Flight Center