Trong hàng nghìn năm, ánh sáng là nguồn thông tin chủ yếu giúp con người khám phá vũ trụ. Từ những kính thiên văn quang học đầu tiên đến các đài quan sát tia X, tia gamma và sóng vô tuyến, mỗi bước tiến đều mở ra một cánh cửa mới. Nhưng vũ trụ còn gửi đến Trái Đất những tín hiệu khác mà mắt thường không thể nhìn thấy. Đó là lý do thiên văn học đa sứ giả (multimessenger astronomy) ra đời, mở rộng cách con người tìm hiểu những hiện tượng dữ dội nhất trong không gian.

Ảnh: bostonglobe

Các nhà khoa học thường nói đến bốn loại “sứ giả” chính. Thứ nhất là bức xạ điện từ, bao gồm ánh sáng nhìn thấy, sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, tia X và tia gamma. Thứ hai là sóng hấp dẫn, những gợn sóng trong cấu trúc không - thời gian do các sự kiện cực mạnh tạo ra. Hai loại còn lại là neutrino, những hạt hạ nguyên tử rất khó phát hiện và tia vũ trụ, gồm các hạt năng lượng cao bay xuyên không gian.

Mỗi sứ giả mang một loại thông tin riêng. Ánh sáng cho biết nguồn phát nóng đến mức nào và thành phần vật chất của nó ra sao. Sóng hấp dẫn giúp các nhà thiên văn nghiên cứu chuyển động của những vật thể cực đặc như sao neutron và hố đen. Neutrino có thể thoát khỏi những vùng vật chất dày đặc mà ánh sáng khó xuyên qua, trong khi tia vũ trụ hé lộ những quá trình gia tốc hạt đầy năng lượng. Khi kết hợp các dữ liệu này, giới khoa học có thể hiểu một hiện tượng toàn diện hơn nhiều so với việc chỉ quan sát ánh sáng.

Ảnh: webific.ific.uv

Một cột mốc đáng nhớ diễn ra ngày 17/8/2017. Các máy dò LIGO và Virgo phát hiện sóng hấp dẫn từ vụ sáp nhập của hai sao neutron, những thiên thể có mật độ vật chất cực lớn. Chưa đầy hai giây sau, kính thiên văn không gian Fermi ghi nhận một vụ bùng phát tia gamma. Tiếp đó, hàng chục đài quan sát trên mặt đất và trong không gian hướng về cùng một khu vực để theo dõi ánh sáng phát ra từ sự kiện mang tên GW170817. Đây là lần đầu tiên con người quan sát một vụ sáp nhập sao neutron bằng cả sóng hấp dẫn lẫn bức xạ điện từ.

Sự kiện này không chỉ xác nhận những dự đoán quan trọng của vật lý thiên văn mà còn giúp giải đáp một câu hỏi lâu đời: các nguyên tố nặng như vàng và bạch kim hình thành ở đâu? Vật chất giàu neutron phóng ra trong vụ sáp nhập sao neutron có thể tạo nên các nguyên tố này thông qua quá trình bắt neutron nhanh. Quan sát GW170817 cung cấp bằng chứng quan trọng cho vai trò của những vụ va chạm như vậy trong việc tạo ra các nguyên tố nặng của vũ trụ.

Ảnh: mpifr-bonn.mpg

Một bước tiến khác xuất hiện vào năm 2017, khi đài quan sát IceCube ở Nam Cực phát hiện một neutrino năng lượng cao có liên hệ với thiên hà hoạt động TXS 0506+056. Kết hợp dữ liệu neutrino với quan sát tia gamma, các nhà khoa học xác định blazar — một loại nhân thiên hà hoạt động có tia vật chất phóng ra gần hướng Trái Đất — là một nguồn tiềm năng của những hạt năng lượng cao này. Phát hiện cho thấy các “sứ giả” khác nhau có thể cùng giúp giải mã những cỗ máy vũ trụ cực mạnh.

Thiên văn học đa sứ giả vẫn đang phát triển, đòi hỏi các đài quan sát trên khắp thế giới phối hợp gần như đồng thời. Mỗi tín hiệu có thể chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn, nhưng việc kết hợp chúng giúp các nhà khoa học xác định nguồn phát, kiểm tra những lý thuyết vật lý và tìm hiểu các hiện tượng cực đoan nhất vũ trụ.

Từ những gợn sóng không-thời gian đến các hạt gần như xuyên qua mọi vật chất, vũ trụ đang cung cấp nhiều cách để con người khám phá nó. Có lẽ điều thú vị nhất của thiên văn học đa sứ giả là chúng ta không chỉ nhìn lên bầu trời nữa: chúng ta đang học cách lắng nghe vũ trụ bằng nhiều giác quan khoa học khác nhau.