Kính thiên văn Swift của NASA ghi nhận 2.000 vụ bùng nổ tia gamma và sắp rơi về Trái Đất

Đài quan sát Neil Gehrels Swift của NASA, chiếc kính viễn vọng không gian đã dành hai thập kỷ chạy đua để bắt kịp những vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ, đã ngừng hoạt động khoa học. Giờ đây nó bay thấp đến mức lớp khí quyển loãng phía trên ghì nó lại đủ mạnh để các kính viễn vọng không thể giữ ổn định trên một mục tiêu, còn con tàu robot được phóng lên để đẩy nó lên cao hơn thì chưa bao giờ tóm được nó. Trong vòng vài tuần tới, Swift sẽ rơi trở lại khí quyển và bốc cháy.

Swift được thiết kế cho một sứ mệnh chính kéo dài hai năm nhưng đã hoạt động lâu gấp hơn mười lần, ghi nhận hàng nghìn vụ bùng nổ tia gamma, những chớp bức xạ ngắn ngủi phát ra khi các ngôi sao khối lượng lớn suy sụp hoặc các ngôi sao chết va chạm nhau. Sự kết thúc của nó khiến giới thiên văn mất đi chiếc kính viễn vọng duy nhất có thể phát hiện những chớp sáng ấy và xoay mình để nghiên cứu chúng trong khoảng một phút.

“Swift đã mang lại cho đất nước một khoản lợi tức đầu tư đáng kinh ngạc và bền lâu: được thiết kế cho sứ mệnh chính kéo dài hai năm nhưng đã làm việc hiệu quả lâu hơn gấp 10 lần”, Shawn Domagal-Goldman, giám đốc Ban Vật lý thiên văn tại trụ sở NASA, cho biết. Theo thống kê của NASA, thành tích ấy gồm hơn 2.000 vụ bùng nổ tia gamma, hơn 1.400 siêu tân tinh, những ngôi sao bị lỗ đen xé toạc, sao chổi, tiểu hành tinh, cùng khoảng 7.000 bài báo khoa học đã công bố dựa trên dữ liệu của Swift.

Vì sao một kính viễn vọng trên quỹ đạo lại rơi

Mọi vệ tinh trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp đều cọ xát với những lớp khí mỏng manh ngoài cùng của khí quyển. Swift không có động cơ để chống lại lực cản đó, và một giai đoạn Mặt Trời hoạt động mạnh đã khiến vấn đề tệ hơn: Mặt Trời hoạt động mạnh làm nóng và làm phồng tầng khí quyển trên cao, nên ở cùng một độ cao, vệ tinh gặp nhiều không khí hơn.

Swift được đưa lên quỹ đạo ở độ cao khoảng 600 kilômét. Hiện nay nó ở dưới 275 kilômét, thấp hơn nhiều so với độ cao khoảng 400 kilômét nơi Trạm Vũ trụ Quốc tế bay. Theo NASA, ở độ cao đó lực cản quá mạnh khiến các kính viễn vọng không thể hướng ổn định vào mục tiêu. Cơ quan này từng xác định điểm không thể quay lại đối với bất kỳ nỗ lực giải cứu nào là vào khoảng 300 kilômét.

Con tàu nặng khoảng 1.450 kilôgam. “Mặc dù do kích thước, một số bộ phận của tàu vũ trụ Swift có thể sống sót qua quá trình tái nhập khí quyển, xác suất mảnh vỡ gây thiệt hại tài sản đáng kể hoặc gây tổn hại thể chất cho bất kỳ ai là rất nhỏ”, công ty theo dõi không gian LeoLabs cho biết với CNN. Công ty này nói thêm rằng phần lớn mảnh vỡ còn sót lại rơi xuống đại dương hoặc vùng đất không có người ở.

Cuộc giải cứu suýt thành công

NASA đã thực sự cố gắng cứu nó. Cơ quan này trả 30 triệu USD cho Katalyst Space, một công ty có trụ sở tại Flagstaff, bang Arizona, để chế tạo một tàu vũ trụ robot tên LINK, có nhiệm vụ tiếp cận Swift, tóm lấy nó bằng các cánh tay robot và nâng nó trở lại về phía độ cao ban đầu. Swift chưa bao giờ được thiết kế cho việc này: nó không có tay cầm hay điểm gá nào để một tàu bảo dưỡng bám vào. Nếu thành công, đây sẽ là lần đầu tiên một robot thương mại bắt giữ một vệ tinh chính phủ không người lái vốn không được chế tạo để bảo dưỡng.

Katalyst chế tạo LINK trong chưa đầy một năm và phóng nó bằng tên lửa Pegasus XL được thả từ một máy bay phản lực. Khoảng một tuần sau khi bay, một sự cố công tắc nguồn đã ảnh hưởng đến một trong các bánh xe phản lực của nó, tức những bánh đà quay mà tàu vũ trụ dùng để định hướng. Sau đó, một van động cơ đẩy không phản hồi khiến LINK rơi vào trạng thái xoay tròn, rồi tiếp đến một sự cố công tắc thứ hai. Khi hai trong ba bánh xe phản lực ngừng hoạt động, lượng nhiên liệu tiêu tốn để dừng vòng xoay khiến phần còn lại quá ít cho một lần bắt giữ an toàn.

NASA và Katalyst đã hủy chiến dịch giải cứu. Dù vậy, LINK vẫn tiến đến cách Swift khoảng 12 đến 15 kilômét và chụp ảnh nó trước khi chính mình bốc cháy. “Chúng tôi đã đến rất, rất gần”, Kieran Wilson của Katalyst chia sẻ trước một ủy ban thiên văn học thuộc Viện Hàn lâm Quốc gia Hoa Kỳ. Giám đốc NASA Jared Isaacman nhận định: “Đây không phải là kết quả mà chúng tôi hướng tới, nhưng điều đó không làm thay đổi lý do vì sao sứ mệnh này đáng để thử”.

Dưới mặt đất, nhóm của Penn State vận hành Swift đã cố gắng kéo dài thời gian. Các kỹ sư điều khiển thay các mục tiêu khoa học bằng những vị trí trên bầu trời giúp giữ con tàu ở tư thế khí động học nhất, chấp nhận từ bỏ các quan sát khoa học có định hướng trong nhiều tháng. John Nousek, giám đốc sứ mệnh tại Penn State, mô tả nỗ lực này là “tiên phong những phương pháp mới nhằm giảm thiểu lực cản mà tàu vũ trụ phải chịu”. Sau khi chiến dịch giải cứu bị thu hẹp, Swift quay lại làm việc với hai trong ba thiết bị của mình cho đến khi lực cản chấm dứt các quan sát của nó.

Swift đã thay đổi việc nghiên cứu các vụ nổ vũ trụ như thế nào

Các vụ bùng nổ tia gamma kéo dài từ một phần giây đến vài phút, và trước Swift chúng thường tắt dần trước khi các kính viễn vọng lớn kịp tìm ra. “Swift được thiết kế như một vệ tinh chuyên nghiên cứu các vụ bùng nổ tia gamma, những vụ bộc phát đến rồi đi nhanh đến mức không ai có thể hướng kính viễn vọng lớn vào chúng để tìm hiểu thêm”, S. Bradley Cenko, nhà nghiên cứu chính của sứ mệnh tại Trung tâm Bay Không gian Goddard của NASA, cho biết. Một máy dò tia gamma trường nhìn rộng phát hiện từng vụ bùng nổ, Swift gửi vị trí của nó tới các đài quan sát mặt đất và xoay các kính viễn vọng tia X và tử ngoại-quang học để bắt lấy ánh sáng tàn dư đang mờ dần. “Việc này thường mất của Swift khoảng một phút”, Cenko nói.

Tốc độ đó đã giải đáp một câu đố tồn tại từ lâu. Các vụ bùng nổ tia gamma ngắn, đạt cực đại trong chưa đầy hai giây, chưa bao giờ được định vị đủ chính xác để quan sát ánh sáng tàn dư của chúng. Swift đã bắt được một vụ chỉ kéo dài ba phần trăm giây, ghi nhận vỏn vẹn 11 photon tia X, và kết quả này ủng hộ giả thuyết rằng các vụ bùng nổ ngắn sinh ra từ va chạm giữa các sao neutron, tàn tích có kích thước bằng một thành phố của những ngôi sao đã phát nổ.

Swift còn trở thành một kính viễn vọng ứng cứu khẩn cấp đa năng. Các nhà thiên văn có thể yêu cầu những quan sát gấp được ra lệnh từ mặt đất chỉ trong vài phút, còn lịch làm việc hằng ngày có thể xoay xở với tối đa 75 mục tiêu riêng biệt. Cùng với kính viễn vọng Fermi của NASA, Swift đã phát hiện GRB 221009A, được đặt biệt danh BOAT (viết tắt tiếng Anh của “sáng nhất mọi thời đại”), vụ bùng nổ tia gamma giàu năng lượng nhất từng được ghi nhận, cách chúng ta khoảng 2,4 tỷ năm ánh sáng.

Swift để lại kho lưu trữ hơn 1,5 triệu hình ảnh từ kính viễn vọng tử ngoại-quang học và tổng cộng khoảng 12 terabyte dữ liệu, mà NASA ví như khoảng 600 bộ phim độ nét cao, tất cả đều được công khai.

Những điều sự kết thúc của Swift chưa giải đáp

Ngày và địa điểm tái nhập khí quyển chính xác vẫn chưa được biết. NASA chỉ cho biết sự kiện này dự kiến diễn ra trong vài tuần tới, và thời điểm phụ thuộc vào hoạt động của Mặt Trời, yếu tố làm thay đổi mật độ của tầng khí quyển trên cao. Ước tính rủi ro mang tính trấn an nêu ở trên đến từ một công ty theo dõi không gian, chứ không phải từ một đánh giá đã công bố của NASA.

Câu hỏi lớn hơn còn bỏ ngỏ là điều gì sẽ đảm nhận vai trò của Swift. NASA chưa nêu tên sứ mệnh kế nhiệm. Theo Domagal-Goldman, cơ quan này đang “khám phá khả năng của chúng tôi trong việc sử dụng và tăng cường đội kính viễn vọng không gian hiện có của NASA, từ các năng lực thương mại đưa lên quỹ đạo nhanh chóng đến những sứ mệnh mới hiệu quả, sáng tạo”. Đã có những tàu vũ trụ khác săn tìm các chớp sáng vũ trụ, trong đó có SVOM do Trung Quốc và Pháp hợp tác và Einstein Probe (Tàu thăm dò Einstein) do Trung Quốc dẫn dắt, còn Fermi vẫn tiếp tục theo dõi bầu trời tia gamma. Sự kết hợp này có thể thay thế đến đâu một kính viễn vọng có khả năng tìm ra một vụ bùng nổ và nghiên cứu ánh sáng tàn dư của nó trong khoảng một phút là điều giới thiên văn chỉ có thể biết được qua thực tế.

Về lĩnh vực bảo dưỡng vệ tinh, theo Katalyst, LINK đã cho thấy một công ty nhỏ có thể chế tạo và đưa vào hoạt động một tàu bảo dưỡng robot trong chưa đầy một năm, với động cơ đẩy và cánh tay hoạt động tốt. Nhưng nó chưa bao giờ chứng minh được phần khó nhất: bắt giữ một tàu vũ trụ vốn không bao giờ được chế tạo để bị bắt giữ.

Những câu hỏi thường gặp về sự kết thúc của Swift

Khi nào kính viễn vọng Swift của NASA rơi xuống Trái Đất?

NASA dự kiến Swift sẽ tái nhập khí quyển trong vài tuần tới. Lần quan sát khoa học cuối cùng của nó diễn ra vào ngày 20 tháng 10 năm 2026.

Mảnh vỡ kính viễn vọng Swift rơi xuống có nguy hiểm không?

Phần lớn con tàu nặng khoảng 1.450 kilôgam sẽ bốc cháy. Công ty theo dõi không gian LeoLabs cho biết một số bộ phận có thể sống sót, nhưng xác suất gây thiệt hại đáng kể hoặc tổn hại cho bất kỳ ai là rất nhỏ, và các mảnh vỡ còn sót lại nhiều khả năng sẽ rơi xuống đại dương hoặc vùng đất không có người ở.

Tại sao NASA không thể cứu kính viễn vọng Swift?

Swift không có động cơ để tự nâng quỹ đạo. Một tàu vũ trụ robot tên LINK, do Katalyst Space chế tạo theo hợp đồng trị giá 30 triệu USD với NASA, lẽ ra sẽ tóm lấy và nâng nó lên, nhưng các sự cố bánh xe phản lực và một vòng xoay đã tiêu hao hết nhiên liệu trước khi nó kịp thử bắt giữ.

Vụ bùng nổ tia gamma là gì?

Vụ bùng nổ tia gamma là một chớp bức xạ năng lượng cao ngắn ngủi và là loại vụ nổ mạnh nhất từng được biết đến. Các vụ bùng nổ dài bắt nguồn từ sự suy sụp của các ngôi sao khối lượng lớn, còn các vụ bùng nổ ngắn, kéo dài dưới hai giây, có liên quan đến va chạm giữa các sao neutron.

Dòng thời gian và những gì tiếp theo

Swift được phóng vào ngày 20 tháng 11 năm 2004, và năm 2018 NASA đổi tên kính viễn vọng theo tên nhà nghiên cứu chính đầu tiên của sứ mệnh, Neil Gehrels, người đã qua đời năm 2017. Vụ bùng nổ ngắn mang tính bước ngoặt của nó, GRB 050509B, diễn ra vào tháng 5 năm 2005; BOAT tiếp nối vào ngày 9 tháng 10 năm 2022.

NASA ký hợp đồng với Katalyst vào ngày 25 tháng 9 năm 2025, LINK được phóng vào ngày 3 tháng 7 năm 2026 từ đảo san hô Kwajalein thuộc Quần đảo Marshall, và việc bắt giữ bị hủy vào ngày 19 tháng 8. LINK tái nhập khí quyển vào cuối tháng 9, còn Swift thực hiện lần quan sát cuối cùng vào ngày 20 tháng 10.

Tiếp theo là chính cú rơi, dự kiến trong vài tuần tới. Kho lưu trữ của Swift vẫn mở cho các nhà nghiên cứu, nguồn dữ liệu mà theo Domagal-Goldman “sẽ tiếp sức cho những khám phá mới trong nhiều thập kỷ nữa”.

Thẻ: thiên văn học, nasa, bùng nổ tia gamma, Katalyst Space, Neil Gehrels, rác vũ trụ