Xây kính viễn vọng dưới nước để khám phá vũ trụ

Các quả cầu thủy tinh của KM3NeT. Ảnh: Edewolf

Các nhà khoa học đang tiến hành một dự án đầy tham vọng: xây dựng những chiếc kính viễn vọng dưới nước tiên tiến ở Địa Trung Hải để nghiên cứu các hạt neutrino khó nắm bắt đến từ không gian.

Dự án có tên Kính viễn vọng Neutrino kilomet khối (KM3NeT) bao gồm việc lắp đặt hàng trăm quả cầu thủy tinh trên các dây cáp thẳng đứng sâu dưới đáy biển.

Những máy dò này được thiết kế để bắt giữ các tín hiệu thoáng qua từ neutrino (hạt cơ bản), những hạt bí ẩn có thể hé lộ bí mật về những sự kiện mạnh mẽ nhất trong vũ trụ. Các đài quan sát dưới nước này hy vọng sẽ khám phá ra nguồn gốc của các hạt neutrino, những hạt mang trong mình một nguồn năng lượng khổng lồ nhưng lại gần như không thể phát hiện được.

Không giống như các kính viễn vọng truyền thống thu ánh sáng, những thiết bị này tập trung vào việc phát hiện những tia sáng yếu ớt do neutrino tạo ra khi tương tác với nước biển. Các nhà nghiên cứu cho rằng nỗ lực này có thể mở ra một chương mới trong việc tìm hiểu vũ trụ.

"Thật kỳ lạ khi nghĩ về điều đó", nhà vật lý Simone Biagi của Viện vật lý hạt nhân quốc gia Italy cho biết. "Chúng ta muốn làm thiên văn học, và để nhìn vào vũ trụ, chúng ta lại đặt kính viễn vọng dưới nước".

Cho đến nay, 57 dây cáp đã được lắp đặt và có kế hoạch bổ sung hàng trăm dây cáp khác. Các máy dò được đặt cách mặt nước vài dặm, ngoài khơi Sicily và bờ biển phía Nam nước Pháp. Sau khi hoàn thành, hệ thống này sẽ trông giống như một khu rừng dưới nước, im lặng đung đưa trong bóng tối của lòng biển sâu.

Hai kính viễn vọng này có các mục đích khác nhau. Kính viễn vọng ARCA (Nghiên cứu vật lý thiên văn bằng các hạt Vũ trụ trong vực thẳm) ở Sicily tìm kiếm các neutrino năng lượng cao từ không gian bên ngoài. Trong khi đó, kính viễn vọng ORCA (Nghiên cứu dao động bằng các hạt Vũ trụ trong vực thẳm) ở Pháp nghiên cứu các neutrino trong khí quyển để xác định cách chúng biến đổi thành các loại khác nhau.

Phương pháp này tương tự như đài quan sát IceCube ở Nam Cực, nơi phát hiện neutrino trong băng thay vì nước.

Các đợt triển khai thiết bị được thực hiện hàng năm và đòi hỏi sự lên kế hoạch tỉ mỉ. Một chiếc cần cẩu trên tàu hạ từng cuộn cáp xuống đáy biển. Sau đó, một thiết bị lặn điều khiển từ xa sẽ đi xuống để kết nối và kiểm tra thiết bị.

Khi một sợi cáp đã sẵn sàng, thiết bị lặn sẽ kích hoạt việc triển khai. Một phao sẽ giúp nâng cáp lên khi các quả cầu thủy tinh được thả ra, nổi lên như những cánh dương xỉ đang nở bung. Các đội trên bờ sẽ ngay lập tức đánh giá hiệu suất của từng dây cáp mới lắp đặt. Bất kỳ vấn đề nào cũng cần được giải quyết nhanh chóng, vì việc điều chỉnh dưới nước là không thể.

Mặc dù còn nhiều thách thức, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu sử dụng các kính viễn vọng được xây dựng một phần để tiến hành các thí nghiệm. Họ đang nghiên cứu sự dao động của neutrino - cách các neutrino thay đổi loại - và khám phá xem lực hấp dẫn lượng tử có thể ảnh hưởng đến các hạt này như thế nào.

Công việc này rất vất vả, với các nhà khoa học phải đối mặt với chứng say sóng, lịch trình ngủ, nghỉ thất thường và chi phí vận hành tàu rất tốn kém, lên đến một USD mỗi giây.

Tuy nhiên, ông Biagi lưu ý rằng các kính viễn vọng dưới nước ở Địa Trung Hải có những lợi thế riêng. Khi dự án tiến triển, các nhà nghiên cứu hy vọng KM3NeT sẽ làm sáng tỏ một số bí ẩn lớn nhất của vũ trụ, chứng minh rằng ngay cả những nơi sâu thẳm nhất của đại dương cũng có thể giúp chúng ta nhìn thấy các vì sao.