Vì sao PRIMA cần nhìn vào hồng ngoại xa sau James Webb?

James Webb đã mở rộng đáng kể khả năng quan sát vũ trụ ở vùng hồng ngoại, nhưng một chiếc kính thiên văn không thể thu hết mọi loại ánh sáng. PRIMA được NASA chọn bước vào giai đoạn phát triển tiếp theo chính vì nó sẽ khảo sát phần hồng ngoại xa, khoảng còn thiếu giữa các đài quan sát hồng ngoại hiện có và kính thiên văn vô tuyến. Câu hỏi quan trọng không phải là PRIMA sẽ thay thế James Webb, mà là nó có thể cho thấy những dấu vết nào mà Webb không được thiết kế để bao quát. [1]

Theo kế hoạch hiện nay, PRIMA thuộc lớp nhiệm vụ mới có tên Probe Explorers. Nhiệm vụ còn phải trải qua một đợt đánh giá trước khi chuyển sang giai đoạn triển khai; mục tiêu phóng được NASA nêu là năm 2033 và thời gian hoạt động dự kiến là năm năm. Vì vậy, những điều PRIMA có thể phát hiện vẫn là mục tiêu khoa học, chưa phải kết quả đã quan sát được. [1]

Vì sao một bước sóng lại quan trọng?

Ánh sáng không chỉ là phần mắt người nhìn thấy. Các kính thiên văn được thiết kế để thu những vùng khác nhau của bức xạ, và mỗi vùng có thể làm nổi bật một loại thông tin riêng. NASA mô tả PRIMA là kính thiên văn không gian dành cho các khảo sát sâu, nhạy ở hồng ngoại xa, nơi có những năng lượng bức xạ mà các vùng quan sát khác không cho thấy đầy đủ. Bởi vậy, thêm một vùng bước sóng không đơn giản là phóng lại một chiếc kính cũ với kích thước khác; đó là bổ sung một cách đọc mới về vũ trụ. [1]

Có thể hình dung việc này giống như quan sát một căn phòng bằng nhiều loại cảm biến: một cảm biến cho biết hình dạng, cảm biến khác nhận ra nguồn nhiệt, còn cảm biến thứ ba phát hiện tín hiệu mà hai loại đầu không thu được. Đây chỉ là ví dụ để hình dung, không phải mô tả trực tiếp về thiết bị. Điểm cốt lõi là cùng một thiên thể có thể để lại những dấu hiệu khác nhau ở các vùng ánh sáng khác nhau, nên một bức tranh đầy đủ cần nhiều công cụ phối hợp. [1]

PRIMA bổ sung khoảng trống nào?

NASA đặt PRIMA vào vị trí nối giữa các đài quan sát hồng ngoại hiện có, trong đó có James Webb, và kính thiên văn vô tuyến. Cách mô tả này cho thấy PRIMA không được xây dựng như đối thủ trực tiếp của Webb. Webb vẫn là một phần trong đội kính thiên văn quan sát vũ trụ; PRIMA mở rộng khả năng khảo sát sang hồng ngoại xa để đội ngũ nghiên cứu có thể theo dõi những tín hiệu chưa nằm trọn trong phạm vi của các nhiệm vụ hiện tại. [1]

Khoảng trống ấy có ý nghĩa đặc biệt khi các nhà thiên văn muốn nghiên cứu những vùng bị che khuất bởi bụi vũ trụ. NASA cho biết hồng ngoại xa có thể giúp quan sát những khu vực nơi hành tinh và sao đang hình thành, đồng thời cung cấp thông tin về bức xạ chỉ xuất hiện ở vùng này. Nói cách khác, PRIMA không chỉ tìm kiếm các vật thể sáng rõ; nó còn nhắm tới những quá trình đang diễn ra trong các vùng khó quan sát bằng một dải bước sóng đơn lẻ. [1]

PRIMA sẽ tìm hiểu sự ra đời của hành tinh ra sao?

Một mục tiêu của PRIMA là làm rõ nguồn gốc của các hành tinh nằm ngoài Hệ Mặt Trời. Muốn hiểu một hành tinh xuất hiện như thế nào, các nhà khoa học cần xem xét môi trường đã tạo ra nó, chứ không chỉ quan sát hành tinh sau khi nó hình thành. Những khảo sát hồng ngoại xa được kỳ vọng sẽ bổ sung thông tin về các vùng bụi và quá trình tạo sao, từ đó giúp ghép lại một phần lịch sử hình thành hành tinh. [1]

Mục tiêu này cũng liên quan đến câu hỏi gần gũi hơn: nước trên Trái Đất bắt đầu từ đâu. NASA nêu nguồn gốc của nước trên Trái Đất là một trong những vấn đề PRIMA có thể góp phần nghiên cứu. Cách diễn đạt đó quan trọng: nhiệm vụ được kỳ vọng cung cấp thêm manh mối về lịch sử vật chất trong vũ trụ, chứ chưa có nghĩa PRIMA đã xác định được nguồn gốc nước hoặc sẽ đưa ra một câu trả lời duy nhất. [1]

Một thiên hà lớn lên cùng lỗ đen như thế nào?

PRIMA còn hướng tới lịch sử tiến hóa của các thiên hà và lỗ đen. Ở đây, câu hỏi không chỉ là hiện nay thiên hà có hình dạng gì, hay một lỗ đen đang ở đâu. Các nhà nghiên cứu muốn biết chúng đã lớn lên và thay đổi ra sao qua lịch sử vũ trụ. Những khảo sát sâu trên diện rộng có thể tạo thêm dữ liệu để so sánh các giai đoạn khác nhau, thay vì chỉ nghiên cứu từng thiên thể như một trường hợp tách biệt. [1]

Bụi và các nguyên tố nặng cũng nằm trong câu hỏi đó. NASA cho biết PRIMA có thể giúp theo dõi cách bụi và nguyên tố nặng tích tụ theo thời gian. Đây là một hướng nhìn vào sự tiến hóa của vật chất: không chỉ đếm các thiên hà đã xuất hiện, mà còn xem những thành phần tạo nên sao, hành tinh và môi trường quanh chúng được hình thành, phân bố và biến đổi thế nào. [1]

Điều gì đã chắc chắn, điều gì còn ở phía trước?

Điều đã được xác nhận là NASA đã chọn PRIMA tiến vào Phase B, giai đoạn hoàn thiện thiết kế sơ bộ và phát triển công nghệ. Nhiệm vụ sẽ chịu một đợt đánh giá về kỹ thuật, chương trình và chi phí trước khi có thể bước sang Phase C, tức giai đoạn triển khai. NASA cũng nêu mục tiêu phóng vào năm 2033, nhưng đó là lịch dự kiến gắn với quá trình phát triển, không phải thời điểm quan sát đã được bảo đảm. [1]

Khi PRIMA thực sự hoạt động, giá trị lớn nhất của nó có thể nằm ở sự kết hợp với các nhiệm vụ khác. NASA nhấn mạnh rằng một nhiệm vụ đơn lẻ không thể khảo sát mọi bí ẩn của vũ trụ. James Webb, PRIMA và kính thiên văn vô tuyến sẽ cung cấp những mảnh thông tin khác nhau; việc ghép chúng lại mới giúp các nhà khoa học theo dõi từ sự hình thành sao, hành tinh đến sự phát triển của thiên hà và lỗ đen. [1]

Vì thế, PRIMA không phải lời tuyên bố rằng James Webb đã hết khả năng khám phá. Nó cho thấy mỗi bước sóng mở ra một phần khác của lịch sử vũ trụ. Webb giúp nhân loại nhìn sâu bằng những năng lực của nó; PRIMA được đề xuất để tiếp tục câu chuyện ở vùng hồng ngoại xa, nơi các dấu hiệu về bụi, vật chất và quá trình hình thành có thể bổ sung cho bức tranh còn dang dở. [1]