Euclid tìm được nhiều thấu kính hấp dẫn trong một năm hơn mọi cuộc tìm kiếm trước cộng lại

Kính viễn vọng không gian Euclid của châu Âu đã phát hiện nhiều thấu kính hấp dẫn mạnh trong khoảng một năm lập bản đồ bầu trời hơn tất cả các cuộc tìm kiếm trước đây cộng lại. Bộ dữ liệu lớn đầu tiên của nó, do Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) công bố, chứa khoảng mười lăm nghìn ứng viên thấu kính có độ tin cậy cao. Trong mỗi thấu kính, lực hấp dẫn của một thiên hà ở phía trước bẻ cong ánh sáng của một thiên hà ở xa hơn thành các vòng cung, vòng tròn hoặc hình ảnh nhân đôi.

Điều đó quan trọng bởi vì một thấu kính hoạt động như một cái cân. Mức độ bẻ cong cho thấy có bao nhiêu khối lượng nằm trong thiên hà phía trước, bao gồm cả vật chất tối mà không một kính viễn vọng nào có thể nhìn thấy trực tiếp. Cho đến nay, các nhà thiên văn học nghiên cứu các hệ thống này từng trường hợp hiếm hoi một lúc. Với một danh mục lớn như vậy, họ có thể nghiên cứu chúng như một quần thể, và cùng một bộ dữ liệu bổ sung thêm hơn chín trăm triệu thiên hà vào công trình rộng lớn hơn là lập bản đồ vũ trụ tối.

Bộ dữ liệu, có tên DR1-Foundation, bao phủ khoảng 1.900 độ vuông trên bầu trời, một diện tích gấp khoảng 9.500 lần Trăng tròn. Nó chứa hơn một tỷ vật thể đã được phân loại, hơn 60 triệu ứng viên chuẩn tinh, quang phổ của hơn 160 triệu nguồn và khoảng 1,7 triệu gigabyte dữ liệu. Nó cũng chỉ bao phủ 14% diện tích mà Euclid dự kiến sẽ khảo sát.

“Thấu kính mạnh cung cấp cái nhìn sâu sắc độc đáo về Vũ trụ tối, cho phép chúng ta ‘cân’ các thiên hà riêng lẻ, bao gồm cả vật chất tối vô hình của chúng, và khám phá cách Vũ trụ đang giãn nở,” Natalie Lines của Đại học Portsmouth, thành viên của Tập đoàn Euclid và là tác giả chính của bài báo về danh mục thấu kính, cho biết.

Cách Euclid chọn ra 15.000 thấu kính từ 900 triệu thiên hà

Thấu kính rất hiếm. Chỉ có khoảng một thiên hà trong vài nghìn thiên hà thẳng hàng đủ chính xác với một nguồn ở xa để hoạt động như một thấu kính, và nhiều hình ảnh bị thấu kính hóa quá nhỏ để có thể phân giải qua sự mờ nhòe của bầu khí quyển Trái Đất. Euclid quan sát từ không gian với gương 1,2 mét và hai thiết bị: VIS, một máy ảnh ánh sáng khả kiến tạo ra những hình ảnh sắc nét, và NISP, chụp ảnh hồng ngoại gần và phân tách ánh sáng thành quang phổ.

Cuộc tìm kiếm bắt đầu với khoảng 900 triệu nguồn trong bộ dữ liệu và giữ lại 68 triệu nguồn vượt qua vòng cắt giảm danh mục đầu tiên. Năm mô hình học máy đã chấm điểm các vật thể đó. Những vật thể hứa hẹn nhất được chuyển đến khoảng 7.000 nhà khoa học công dân trong dự án Space Warps, được lưu trữ trên nền tảng Zooniverse, những người đã thực hiện hơn 4,5 triệu phân loại cho 300.000 vật thể. Cuối cùng, 67 chuyên gia về thấu kính đã kiểm tra hơn 30.000 hệ thống và phân loại chúng.

Các cấp độ phân loại rất quan trọng. Trong số 15.072 ứng viên có độ tin cậy cao, 6.073 ứng viên đạt cấp A, mà nhóm nghiên cứu gắn nhãn “chắc chắn là thấu kính,” và 8.999 ứng viên đạt cấp B, được gắn nhãn “có khả năng là thấu kính.” Thêm 9.010 hệ thống cấp C “có thể” được công bố riêng. Sau đó, phần mềm đã cố gắng tái tạo từng hệ thống cấp A và B bằng một mô hình thấu kính, và đối với hơn 9.500 thấu kính, nhóm nghiên cứu đã ước tính khoảng cách và các tính chất vật lý của thiên hà phía trước.

Hầu hết các thiên hà phía trước đó đều có khối lượng lớn và không còn hình thành các ngôi sao mới. Chúng nằm ở dịch chuyển đỏ điển hình là 0,68, một thước đo mức độ giãn nở của vũ trụ đã kéo dài ánh sáng của chúng, xa hơn so với các mẫu thấu kính trước đây từ các kính viễn vọng trên mặt đất.

Từ những phát hiện hiếm hoi đến một cuộc tổng điều tra hàng nghìn thấu kính

Thấu kính mạnh đầu tiên, một chuẩn tinh xuất hiện hai lần trên bầu trời, đã được xác định cách đây gần 50 năm. Kể từ đó, các cuộc khảo sát lớn nhất trên mặt đất, cùng nhau bao phủ hầu hết bầu trời có thể nhìn thấy từ Trái Đất, đã tìm thấy khoảng 3.000 thấu kính thuộc loại thiên hà-nằm-sau-thiên-hà này, theo Tập đoàn Euclid. 15.072 ứng viên có độ tin cậy cao của Euclid đã vượt quá tất cả các danh mục trước đây cộng lại.

Mỗi thấu kính trong số đó đều được tìm thấy bằng cùng một kính viễn vọng và cùng một phương pháp. Khi các thấu kính đến từ nhiều cuộc khảo sát và phương pháp chọn lọc khác nhau, chúng rất khó để so sánh. Một mẫu thống nhất duy nhất cho phép các nhà nghiên cứu đặt ra các câu hỏi thống kê, chẳng hạn như vật chất tối xung quanh các thiên hà khối lượng lớn thay đổi như thế nào từ thiên hà này sang thiên hà khác, mà một vài trăm hệ thống không đồng nhất không thể trả lời được.

Quy mô bao phủ bầu trời cũng là mới. Diện tích trong bộ dữ liệu này lớn hơn khoảng mười lần so với diện tích mà Kính viễn vọng Không gian Hubble đã quan sát trong 35 năm, theo tập đoàn nghiên cứu. Các bộ dữ liệu trước đó của Euclid chứa vài ngày quan sát trên khoảng 60 độ vuông. Valeria Pettorino, nhà khoa học dự án Euclid của ESA, mô tả bước nhảy vọt này là “một sự thay đổi về quy mô.”

Danh mục cũng chứa các loại hiếm mà trước đây từng là những khám phá đơn lẻ. Nó liệt kê 84 ứng viên thấu kính hai-mặt-phẳng-nguồn, trong đó một thiên hà phía trước làm thấu kính cho hai thiên hà nền ở các khoảng cách khác nhau, hơn 1.000 ứng viên thấu kính được hình thành bởi các thiên hà đĩa, và vài trăm chuẩn tinh và nhân thiên hà hoạt động bị thấu kính hóa. Trước Euclid, hai lớp đầu tiên hầu như không có ví dụ nào được biết đến.

Bộ dữ liệu chứa nhiều hơn cả thấu kính

Các bài báo khác được công bố cùng với dữ liệu cho thấy phạm vi của nó. Một nhóm nghiên cứu đã phân giải 15 hệ thống sao mờ nhạt thành các ngôi sao riêng lẻ lần đầu tiên, trong đó có năm hệ thống là những khám phá mới. Một trong những hệ thống mới, Ursa Minor II, nằm cách khoảng 65.000 năm ánh sáng trong quầng của Ngân Hà và chỉ chứa khối lượng sao bằng khoảng 40 lần khối lượng Mặt Trời, khiến nó trở thành một trong những hệ thống sao kém sáng nhất được biết đến.

Một nghiên cứu thứ hai đã đo hình dạng của hơn 40 triệu thiên hà đang hình thành sao, một mẫu lớn hơn từ 440 đến 52.800 lần so với các nghiên cứu tương tự với Kính viễn vọng Không gian James Webb. Trong số các thiên hà có khối lượng thấp hơn, nó xác nhận rằng các thiên hà hình điếu xì gà, thuôn dài trở nên hiếm hơn khi vũ trụ già đi, trong khi các đĩa dẹt chiếm ưu thế.

Những gì DR1-Foundation chưa giải quyết

Mục tiêu chính của Euclid là đo lường năng lượng tối, nguyên nhân chưa được giải thích cho sự giãn nở gia tốc của vũ trụ, và lập bản đồ vật chất tối xuyên suốt lịch sử vũ trụ. Bộ dữ liệu này chưa làm được điều đó. Các phép đo cần thiết cho vũ trụ học, bao gồm bản đồ thấu kính yếu và sự tập trung của các thiên hà, vẫn đang được sản xuất và sẽ có trong bộ dữ liệu lớn đầu tiên đầy đủ.

Bản thân các thấu kính vẫn chỉ là ứng viên. Chỉ các hệ thống cấp A mới được đánh giá là chắc chắn, và nhóm phát hiện viết rằng việc phân loại của chuyên gia vẫn mang tính chủ quan, vì vậy họ đã hiệu chỉnh cho các sai lệch của từng người kiểm tra. Cuộc tìm kiếm cũng đã bỏ sót một số thấu kính thực sự. Nhóm nghiên cứu ước tính họ đã tìm thấy khoảng 73% các hệ thống chắc chắn trong khu vực, phần còn lại có khả năng mờ hơn hoặc mơ hồ hơn. Việc xác nhận các hệ thống riêng lẻ sẽ cần các quan sát theo dõi, bao gồm cả quang phổ.

Các bài báo khoa học là bản in thử. Tám bài báo khoa học và 18 bài báo kỹ thuật được công bố cùng với dữ liệu dành cho một số đặc biệt của tạp chí Astronomy & Astrophysics và chưa hoàn thành quy trình bình duyệt.

Phạm vi bao phủ bầu trời cũng chỉ là một phần. Ở mức 14% của cuộc khảo sát theo kế hoạch, mẫu có thể không đại diện cho toàn bộ bầu trời, và các nhà khoa học trong tập đoàn đã tìm thấy một vài khu vực có chất lượng dữ liệu khác biệt so với phần còn lại trong khi họ kiểm tra quy trình xử lý.

“Đây mới chỉ là 14% những gì Euclid cuối cùng dự định cung cấp, nhưng chúng ta đã có thể thấy rằng những lời hứa được đưa ra hơn mười năm trước về phạm vi các nỗ lực khoa học mà Euclid sẽ hỗ trợ đang bắt đầu trở thành hiện thực,” Marc Sauvage, nhà vật lý thiên văn tại Ủy ban Năng lượng Nguyên tử và Năng lượng Thay thế Pháp (CEA) và là trưởng nhóm của Tập đoàn Euclid, cho biết.

Các câu hỏi về bộ dữ liệu đầu tiên của Euclid

Bộ dữ liệu DR1-Foundation của Euclid có những gì?

Khoảng 13 tháng quan sát bao phủ 1.900 độ vuông trên bầu trời: khoảng 10.000 hình ảnh khoa học, danh mục của hơn một tỷ vật thể bao gồm hơn 900 triệu thiên hà, quang phổ của hơn 160 triệu nguồn, khoảng 15.000 ứng viên thấu kính mạnh và hơn 60 triệu ứng viên chuẩn tinh. Tổng cộng, nó lên tới khoảng 1,7 triệu gigabyte.

Thấu kính hấp dẫn mạnh là gì?

Nó hình thành khi một thiên hà khối lượng lớn ở phía trước bẻ cong ánh sáng của một thiên hà ở xa phía sau, khiến thiên hà nền xuất hiện dưới dạng các vòng cung, một vòng tròn hoặc một số bản sao. Mức độ bẻ cong tiết lộ tổng khối lượng của thiên hà phía trước, bao gồm cả vật chất tối của nó, và độ phóng đại cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu các thiên hà nền mà nếu không thì sẽ quá mờ.

Cho đến nay Euclid đã lập bản đồ được bao nhiêu thiên hà?

Hơn 900 triệu thiên hà được phân loại trong bộ dữ liệu này, bao phủ khoảng 14% diện tích khảo sát theo kế hoạch. ESA kỳ vọng toàn bộ sứ mệnh sẽ phân loại được khoảng 1,5 tỷ thiên hà.

Ai cũng có thể sử dụng dữ liệu của Euclid không?

Có. ESA đã công bố bộ dữ liệu công khai và lưu trữ nó trên nền tảng Euclid Data Space, nơi người dùng có thể khám phá, trực quan hóa và phân tích các hình ảnh, danh mục và quang phổ mà không cần tải chúng về.

Khi nào Euclid sẽ đo lường năng lượng tối?

Không phải với bộ dữ liệu này. ESA và Tập đoàn Euclid lên kế hoạch cho các kết quả vũ trụ học đầu tiên, dựa trên thấu kính yếu và sự tập trung của các thiên hà, vào bộ dữ liệu lớn đầu tiên đầy đủ vào giữa năm 2027.

Kết quả vũ trụ học dự kiến vào giữa năm 2027

Euclid được phóng vào tháng 7 năm 2023 và bắt đầu công việc khảo sát thường xuyên vào ngày 14 tháng 2 năm 2024. Các quan sát trong bộ dữ liệu này được thu thập từ mùa xuân năm 2024 đến mùa xuân năm 2025, và ESA đã công bố chúng vào ngày 12 tháng 11 năm 2026. DR1 đầy đủ, với các kết quả vũ trụ học đầu tiên, dự kiến vào giữa năm 2027, và DR2, với diện tích bầu trời gấp khoảng ba lần, được lên kế hoạch cho năm 2029.

Thấu kính mạnh đầu tiên, Chuẩn tinh Đôi, đã được xác định vào năm 1979. Vào cuối cuộc khảo sát kéo dài sáu năm của mình, Euclid dự kiến sẽ tìm thấy hơn 100.000 ứng viên thấu kính có độ tin cậy cao, mỗi ứng viên là một cái cân tự nhiên để cân vật chất tối của một thiên hà.

Tài liệu tham khảo: Euclid Collaboration: Lines et al., “Euclid Data Release 1 (DR1). Euclid Lens Identification Pipeline and Scientific Exploration (ECLIPSE) A: Strong lens catalogue overview,” submitted to Astronomy & Astrophysics, 2026. arXiv:2611.15883. DOI: 10.48550/arXiv.2611.15883

Thẻ: thiên văn học, esa, euclid, năng lượng tối, vật chất tối, thấu kính hấp dẫn