Kính viễn vọng không gian Hubble được phóng lên quỹ đạo vào ngày 24/4/1990. Với độ phân giải và độ nhạy vượt xa các thiết bị trước đó, Hubble đã mở ra một kỷ nguyên mới trong thiên văn học, giúp con người quan sát vũ trụ với độ chi tiết chưa từng có.

Trang web của Hubble thường xuyên công bố những bức ảnh thiên văn rực rỡ và đầy ấn tượng. Ít ai biết rằng phía sau nhiều bức ảnh nổi tiếng ấy là công sức của nhà thiên văn học Chu Hữu Hoa, hiện là Giám đốc Viện Nghiên cứu Thiên văn và Vật lý Thiên văn thuộc Viện Hàn lâm Sinica.

Trước khi trở về Đài Loan năm 2014, bà là giáo sư thiên văn học tại Đại học Illinois (Mỹ) và đã sử dụng Hubble trong nhiều nghiên cứu quan trọng. Nhiều hình ảnh do bà thu thập, sau khi được đội ngũ xử lý ảnh của Hubble tái tạo, đã trở thành những biểu tượng quen thuộc của thiên văn học hiện đại.

Một trong những tác phẩm khiến bà tự hào nhất là bức ảnh tinh vân NGC 3603, xuất hiện trên trang bìa tạp chí National Geographic số tháng 1 năm 2000. Khi nhận được tạp chí, bà bất ngờ phát hiện bức ảnh của mình được chọn làm ảnh bìa. Tò mò muốn biết bài viết bên trong giới thiệu công trình nghiên cứu ra sao, bà lập tức mở ra xem. Thế nhưng nội dung bên trong lại hoàn toàn không liên quan đến NGC 3603. Lý do đơn giản là ban biên tập quá yêu thích bức ảnh này nên quyết định dùng nó làm ảnh bìa.

Những bức ảnh đẹp và giá trị khoa học phía sau

Ảnh chụp từ Hubble không chỉ có giá trị thẩm mỹ mà còn chứa đựng rất nhiều thông tin khoa học.

Trong ảnh NGC 3603, ở góc trên bên trái có một ngôi sao siêu khổng lồ màu xanh, tương tự ngôi sao tiền thân của siêu tân tinh nổi tiếng 1987A. Trước đó, các kính thiên văn mặt đất đã phát hiện vật chất bao quanh ngôi sao này, khiến Chu Hữu Hoa đặc biệt quan tâm.

Nhờ độ phân giải cao của Hubble, bà quan sát được cấu trúc hình vòng bao quanh ngôi sao và nhận thấy kích thước của nó rất giống vòng vật chất quanh siêu tân tinh 1987A. Từ đó, bà đưa ra giả thuyết rằng ngôi sao này có thể đang ở giai đoạn cuối đời và có khả năng trở thành siêu tân tinh đầu tiên của Dải Ngân Hà trong thế kỷ XXI.

Ở trung tâm của NGC 3603 còn có một cụm sao trẻ. Những ngôi sao khối lượng lớn trong cụm này tạo ra các luồng gió sao mạnh, thổi khí xung quanh thành những "bong bóng" khổng lồ. Đây cũng là một trong những chủ đề nghiên cứu mà Chu Hữu Hoa theo đuổi trong nhiều năm.

Từ khi còn là nghiên cứu sinh tiến sĩ vào năm 1976, bà đã đặt ra câu hỏi: "Liệu mọi ngôi sao khối lượng lớn đều tạo ra bong bóng sao?"

Theo lý thuyết, câu trả lời là có. Tuy nhiên, trong phần lớn các quan sát khi đó, người ta lại không nhìn thấy những bong bóng này. Đến thập niên 1990, Chu Hữu Hoa tin rằng nếu chúng thực sự tồn tại thì Hubble chắc chắn phải phát hiện được.

Kết quả lại không như mong đợi. Các bức ảnh vẫn không cho thấy dấu vết rõ ràng của bong bóng. Tuy nhiên, bằng phương pháp phân tích động học quang phổ, bà đã tìm thấy bằng chứng cho thấy chúng thực sự đang giãn nở.

Nguyên nhân khiến chúng khó quan sát là tốc độ giãn nở chỉ khoảng 10–15 km/giây, nhỉnh hơn đôi chút so với tốc độ âm thanh trong môi trường khí ion hóa của không gian. Do đó, sóng xung kích tạo ra rất yếu và gần như không thể nhận biết qua ảnh chụp thông thường.

Sau 25 năm theo đuổi câu hỏi này, Chu Hữu Hoa cuối cùng đã xác nhận được sự tồn tại của các bong bóng sao. Chúng vẫn ở đó, chỉ là khó nhìn thấy bằng phương pháp chụp ảnh trực tiếp.

Khám phá bất ngờ trong tàn tích siêu tân tinh

Trong một nghiên cứu khác về tàn tích siêu tân tinh N63A, Chu Hữu Hoa tiếp tục tìm kiếm các bong bóng khí nhưng không thành công. Thay vào đó, bà phát hiện nhiều đám mây vật chất nhỏ đang bị sóng xung kích từ vụ nổ siêu tân tinh nung nóng và làm bốc hơi.

Hiện tượng này giúp các nhà thiên văn hiểu rõ hơn về những tương tác phức tạp diễn ra bên trong tinh vân.

Điểm đặc biệt của ảnh N63A là Hubble chỉ quan sát được các đám mây vật chất ở vùng trung tâm. Để nhìn thấy toàn bộ lớp vỏ hình cầu bao quanh tàn tích siêu tân tinh, các nhà khoa học phải kết hợp thêm dữ liệu từ kính thiên văn tia X.

Tìm lời giải cho nguồn gốc siêu tân tinh loại Ia

Sau khi trở về Đài Loan năm 2014, Chu Hữu Hoa dẫn dắt một dự án nghiên cứu sử dụng dữ liệu Hubble nhằm tìm hiểu nguồn gốc của siêu tân tinh loại Ia.

Hiện nay có hai giả thuyết chính giải thích loại vụ nổ này:

Một sao lùn trắng hút vật chất từ ngôi sao đồng hành cho đến khi phát nổ.

Hai sao lùn trắng hợp nhất với nhau rồi phát nổ.

Nếu giả thuyết thứ nhất đúng, ngôi sao đồng hành sẽ sống sót sau vụ nổ. Vì vậy, việc tìm thấy một ngôi sao như vậy sẽ là bằng chứng rất quan trọng.

Năm 2017, Chu Hữu Hoa cùng học trò của mình là Lý Truyền Nhạy (nay là nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Viện Thiên văn thuộc Viện Hàn lâm Sinica) đã khảo sát tàn tích siêu tân tinh N103B. Họ phát hiện một ngôi sao có thể chính là ngôi sao đồng hành còn sống sót và công bố kết quả trên Tạp chí Vật lý Thiên văn.

Để sử dụng Hubble không hề dễ dàng.

Việc có được thời gian quan sát bằng Hubble là một thử thách lớn.

Các nhà thiên văn trên toàn thế giới phải nộp đề xuất nghiên cứu và cạnh tranh trực tiếp với nhau. Theo thống kê năm 2019, chưa tới 20% đề xuất được phê duyệt.

Chu Hữu Hoa cho biết, ngoài chất lượng khoa học, đôi khi yếu tố may mắn cũng đóng vai trò nhất định. Có những đề án được chuẩn bị rất kỹ nhưng vẫn bị từ chối, trong khi một số đề án hoàn thành khá gấp gáp lại bất ngờ được thông qua.

Chỉ riêng việc giành được thời gian quan sát trên Hubble cũng đã là một hành trình đầy áp lực đối với các nhà thiên văn học.

Bên cạnh các chương trình quan sát mới, Chu Hữu Hoa còn thường xuyên khai thác kho dữ liệu khổng lồ mà Hubble tích lũy suốt hơn ba thập kỷ hoạt động. Lượng dữ liệu này vẫn còn chứa đựng vô số thông tin khoa học chưa được khám phá hết.

Mỗi bức ảnh đẹp mà Hubble gửi về không chỉ là một tác phẩm nghệ thuật của vũ trụ. Đằng sau đó là nhiều năm nghiên cứu, những câu hỏi khoa học dai dẳng và nỗ lực không ngừng của các nhà thiên văn học nhằm hiểu rõ hơn về thế giới bao la ngoài Trái Đất.

Khi ngắm nhìn những hình ảnh ấy, chúng ta không chỉ chiêm ngưỡng vẻ đẹp của vũ trụ mà còn thấy được hành trình con người từng bước khám phá những bí ẩn sâu xa nhất của nó.