Vì sao siêu tân tinh Athena có thể xuất hiện nhiều lần?

Hubble đang quan sát cụm thiên hà MACS J0417 nhiều lần để chờ một vụ nổ sao đã được nhìn thấy xuất hiện trở lại. Đó là siêu tân tinh Athena, do Kính viễn vọng Không gian James Webb phát hiện năm 2025. Athena không nổ thêm lần nữa: ánh sáng từ cùng một vụ nổ có thể đến Trái Đất theo nhiều đường, mỗi đường mất một khoảng thời gian khác nhau vì bị cụm thiên hà khổng lồ ở phía trước bẻ cong. NASA dự đoán một ảnh của Athena có thể tái xuất trong khoảng từ thời điểm công bố kế hoạch quan sát đến đầu tháng 3/2027. [1]

Hiện tượng này biến một sự kiện thoáng qua thành công cụ đo lường. Nếu ghi lại được lúc ảnh tiếp theo xuất hiện, các nhà thiên văn có thể dùng độ trễ giữa những đường truyền ánh sáng để tìm hiểu sự phân bố khối lượng của MACS J0417 và cải thiện phép đo tốc độ giãn nở của vũ trụ. Câu hỏi vì thế không chỉ là Hubble có bắt gặp Athena hay không, mà còn là ánh sáng đến muộn sẽ kể được gì về khoảng không nó đã đi qua. [1]

Một vụ nổ, vì sao có nhiều hình ảnh?

MACS J0417 nằm ở phía trước những thiên thể xa hơn và có khối lượng đủ lớn để hoạt động như một thấu kính hấp dẫn. Thay vì ánh sáng từ phía sau chỉ truyền đến người quan sát theo một hướng, lực hấp dẫn của cụm thiên hà bẻ cong các đường truyền. Vì vậy, ánh sáng phát ra từ một siêu tân tinh có thể đến Trái Đất theo nhiều đường khác nhau, tạo ra nhiều ảnh của cùng một vụ nổ. [1]

Có thể hình dung bằng một ví dụ đơn giản: nhiều người cùng rời một địa điểm nhưng đi theo các tuyến đường khác nhau để đến chung một ga tàu. Họ xuất phát đồng thời, song người đi đường dài hơn hoặc vòng vèo hơn sẽ tới muộn. Ví dụ này chỉ giúp hình dung sự chênh lệch thời gian; trong trường hợp Athena, yếu tố làm thay đổi đường đi là trường hấp dẫn của cụm thiên hà nằm giữa nguồn sáng và Trái Đất. [1]

Tái xuất có nghĩa là gì?

Một siêu tân tinh là vụ nổ của một ngôi sao. Khi Athena được phát hiện, kính thiên văn đã thu nhận ánh sáng của vụ nổ truyền đến theo một đường nhất định. Những tia sáng đi theo đường khác có thể chưa tới nơi. Nếu một nhóm tia đến sau được ghi nhận, người quan sát sẽ thấy hình ảnh Athena ở một vị trí do hiệu ứng thấu kính tạo ra, dù vụ nổ ban đầu không hề xảy ra lần thứ hai. [1]

Đây cũng là lý do hai lần quan sát có thể cách nhau hàng tháng hoặc thậm chí hàng năm. Khoảng cách thời gian không biểu thị chu kỳ hoạt động của ngôi sao; nó phản ánh sự khác biệt giữa các hành trình của ánh sáng. Nói cách khác, kính thiên văn đang nhận những “bản tin” phát đi cùng lúc nhưng đến vào những thời điểm khác nhau. [1]

Vì sao Hubble phải chờ đúng thời điểm?

Athena là một sự kiện biến đổi theo thời gian, nên việc phát hiện ảnh đến muộn đòi hỏi quay lại cùng vùng trời nhiều lần. Hubble phù hợp với nhiệm vụ này nhờ khả năng tái quan sát một mục tiêu trong thời gian dài. Bức ảnh MACS J0417 được NASA công bố nằm trong chuỗi theo dõi nhằm nhận ra sự tái xuất dự đoán, chứ không phải bằng chứng rằng ảnh mới của Athena đã được tìm thấy. [1]

Mốc đầu tháng 3/2027 là giới hạn của khoảng dự đoán được NASA nêu vào ngày 23/9/2026, không phải một cuộc hẹn chính xác. Ảnh có thể xuất hiện ở một thời điểm nào đó trong khoảng theo dõi. Bởi vậy, một lần chụp riêng lẻ khó trả lời câu hỏi trung tâm; giá trị nằm ở chuỗi quan sát cho phép so sánh cùng khu vực qua thời gian. [1]

Độ trễ tiết lộ khối lượng của cụm thiên hà ra sao?

MACS J0417 vừa bẻ cong vừa phóng đại ánh sáng từ những vật thể xa nằm phía sau. Cách ánh sáng bị dẫn theo nhiều đường phụ thuộc vào tác động hấp dẫn của cụm thiên hà. Khi biết các ảnh của cùng một vụ nổ xuất hiện lúc nào, các nhà nghiên cứu có thêm một mốc thời gian để đánh giá mô hình phân bố khối lượng tạo nên hiệu ứng thấu kính. [1]

Có thể xem mỗi thời điểm đến như một điều kiện mà bản đồ khối lượng phải giải thích được. Một mô hình phù hợp không chỉ cần mô tả việc xuất hiện nhiều ảnh, mà còn phải nhất quán với thứ tự và độ trễ của chúng. Athena đặc biệt hữu ích ở điểm này vì vụ nổ tạo ra một dấu mốc biến đổi rõ ràng, giúp đối chiếu các đường truyền mà không cần giả định đó là những sự kiện độc lập. [1]

Athena liên quan gì đến sự giãn nở vũ trụ?

Thời gian ánh sáng đi qua hệ thấu kính không chỉ liên quan đến khối lượng của MACS J0417. Theo NASA, đo thời điểm Athena tái xuất còn có thể giúp cải thiện hiểu biết về tốc độ giãn nở của vũ trụ, thường được biểu diễn bằng hằng số Hubble. Để khai thác phép đo này, các nhà nghiên cứu cần kết hợp thời gian xuất hiện của các ảnh với mô hình thấu kính ở tiền cảnh. [1]

Hai bài toán vì vậy gắn chặt với nhau: muốn dùng độ trễ để nghiên cứu sự giãn nở, trước hết phải hiểu cụm thiên hà đã uốn các đường truyền như thế nào; ngược lại, thời điểm ảnh xuất hiện lại giúp hiệu chỉnh bản đồ khối lượng của chính cụm đó. Việc Hubble chờ Athena là một phép theo dõi có mục tiêu, trong đó một tín hiệu đến muộn có thể đồng thời cung cấp thông tin về vật cản ở tiền cảnh và quy mô lớn hơn của vũ trụ. [1]

Điều đáng chú ý nhất không nằm ở ý tưởng một ngôi sao nổ nhiều lần, mà ở khả năng lực hấp dẫn làm xáo trộn thứ tự chúng ta nhận ánh sáng. Khi ảnh tiếp theo của Athena xuất hiện, nếu đúng như dự đoán, nó sẽ là ánh sáng cũ vừa hoàn tất một hành trình khác. Trên bầu trời, nhìn thấy muộn đôi khi không có nghĩa là sự việc xảy ra muộn. [1]