Sự phát triển nhanh chóng của vật lý thiên văn một phần lớn nhờ vào sự phát triển của công nghệ khi ta có thể thực hiện được các quan sát vũ trụ từ ngoài không gian. Khí quyển Trái đất hấp thụ phần lớn các bước sóng trong phổ điện từ do đó từ mặt đất ta chỉ có thể quan sát bước sóng trong vùng khả kiến và sóng vô tuyến. Quan sát từ ngoài không gian đã mở cho chúng ta cánh cửa đi vào vũ trụ ở những bước sóng vi ba, hồng ngoại, cực tím, tia X và gamma. Với sự kết hợp thành công của khoa học và công nghệ, nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đã phát triển cùng lúc cả công nghệ không gian và vật lý thiên văn ở đơn vị của mình, điển hình nhất là Cơ quan hàng không Vũ trụ Mỹ NASA.
Hoàn cảnh ở Việt Nam?
Hoàn cảnh lịch sử ở Việt Nam đã cản trở sự phát triển của nghiên cứu cơ bản gần như trong suốt thế kỷ trước. Cho đến nay, ưu tiên vẫn thường được dành cho việc phát triển kinh tế-xã hội do đó nguồn lực dành cho nghiên cứu cơ bản bị hạn chế. Mặc dù vậy, một số nhà vật lý thiên văn Việt Kiều vẫn khuyến khích phát triển vật lý thiên văn trong nước. Giáo sư Nguyễn Quang Riệu, một nhà thiên văn học làm việc tại Đài thiên văn Paris-Meudon, là người tích cực nhất thúc đẩy việc này. Ông có thể được coi là người đặt nền móng cho hoạt động nghiên cứu thiên văn hiện tại trong nước với ba nhóm nghiên cứu hoạt động năng động: một nhóm tại TPHCM do PGS.TS. Phan Bảo Ngọc phụ trách tại trường Đại học Quốc tế, và hai nhóm tại Hà Nội, gồm PGS.TS. Đinh Văn Trung tại Viện Vật lý và một nhóm gồm sáu tiến sĩ tại Phòng Vật lý thiên văn và Vũ trụ thuộc Trung tâm Vệ tinh Quốc gia, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Bên cạnh đó, vật lý thiên văn được dạy ở khoa vật lý của một số trường đại học như ĐH Sư phạm Hà Nội và ĐH Sư phạm TPHCM, ở đó một số giảng viên cũng có hợp tác nghiên cứu với đối tác nước ngoài.
Tiền thân của Phòng Vật lý thiên văn và Vũ trụ là Phòng thí nghiệm Đào tạo Vật lý thiên văn Việt Nam thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam. Trong mười năm đầu từ khi thành lập, Phòng thực hiện nghiên cứu tia vũ trụ, sử dụng dữ liệu từ Đài thiên văn Pierre Auger đặt tại Ác-hen-ti-na, nơi có các thiết bị tiên tiến nhất trên thế giới nghiên cứu về tia vũ trụ năng lượng siêu cao. Với sự ủng hộ của GS. Nguyễn Quang Riệu đồng thời chúng tôi cũng nhận thấy rằng nghiên cứu tia vũ trụ năng lượng cao đòi hỏi thống kê lớn vì các tia này rất hiếm, cần phải thu thập số liệu trong thời gian dài, để có những nghiên cứu đột phá so với những gì đã đạt được tại Đài thiên văn Pierre Auger, do đó các thành viên của nhóm dần dần chuyển hướng sang nghiên cứu thiên văn vô tuyến, một lĩnh vực phù hợp hơn với một nhóm nghiên cứu trẻ ở một quốc gia đang phát triển.
Tháng 4/2014, chúng tôi tổ chức một hội thảo tập hợp các đại biểu của cộng đồng nghiên cứu vật lý thiên văn ở Việt Nam cùng với một số nhà vật lý thiên văn có uy tín từ Pháp, Nhật Bản, Hàn Quốc và Trung Quốc. Đây là dịp PGS.TS. Phạm Anh Tuấn đã tham dự và trình bày tại hội thảo về các hoạt động của Trung tâm Vệ tinh Quốc gia (VNSC) và Trung tâm vũ trụ Việt Nam tương lai, đồng thời đưa ra lời mời nhóm vật lý thiên văn tại Viện KHKT Hạt nhân cùng tham gia thực hiện nhiệm vụ của Trung tâm. VNSC đã đem lại cho nhóm một môi trường tốt hơn để phát triển, môi trường với các kỹ sư và các nhà khoa học cùng chia sẻ động lực và lợi ích. Quyết định được đưa ra nhanh chóng và nhóm chính thức chuyển sang Trung tâm Vệ tinh Quốc gia ngày 5 tháng 1 năm 2015.
Với tinh thần như vậy, cách đây 5 năm, chúng tôi đã mua một chiếc kính thiên văn vô tuyến đường kính 2,6 m bằng tiền cá nhân tài trợ, ghi nhận tại vùng vạch 21 cm phát bởi hiđrô trung hòa ở tần số 1,4 GHz. Nó đã được sử dụng để lập bản đồ hiđrô của vùng đĩa Dải Ngân Hà, nghiên cứu Mặt trời trong thời kỳ hoạt động mạnh nhất của nó với chu kỳ 11 năm và quan sát các nguồn phát sóng vô tuyến yếu khác.
Nghiên cứu sự tiến hóa sao
Một ngôi sao sẽ chết sau khi đốt cháy hết phần lớn lượng hiđrô mà nó có. Đối với những ngôi sao giống như Mặt trời quá trình đốt hiđrô thành hêli diễn ra trong vài tỉ năm. Khi ngôi sao như vậy chết đi phần lõi của nó co lại thành một khối vật chất đậm đặc –gọi là sao lùn trắng- trong khi vỏ của nó phình ra với kích cỡ có thể lớn tương đương với hệ mặt trời và cuối cùng bị loãng vào không gian. Vật chất mà nó bắn ra sẽ được tái sử dụng cho việc hình thành sao mới. Thời gian dành cho cơn hấp hối này thường là cỡ hàng triệu năm trải qua nhiều giai đoạn, trong đó phản ứng hạt nhân sản sinh ra các hạt nhân nhẹ và trung gian khác nhau, đặc biệt là oxy và carbon. Những sao ở giai đoạn phát triển như vậy, sau này trở thành một dạng sao được gọi là sao khổng lồ đỏ. Nó dành phần lớn thời gian của mình ở dạng gọi là nhánh tiệm cận khổng lồ (AGB) trước khi mờ dần đi thành các tinh vân hành tinh bao quanh các sao lùn trắng.
Hợp tác với Đài Thiên Văn Paris, chúng tôi đã nghiên cứu vạch phát xạ CO và hiđrô nguyên tử (HI) từ các sao AGB, sử dụng số liệu từ các đài thiên văn giao thoa vô tuyến Plateau de Bure (Pháp), kính thiên văn đường kính 30 m IRAM tại Pico Veleta (Tây Ban Nha) và Very Large Array (VLA) ở New Mexico (Mỹ).
Chúng tôi đã phát triển các công cụ phân tích mới khi nghiên cứu về một ngôi sao AGB đang trong giai đoạn phát nhiệt có tên là RS Cnc. Ngôi sao này nổi bật với hai dòng vật chất nơi các phân tử được phóng ra với vận tốc ~ 8 km/s, nằm chồng trên một nền gió sao có vận tốc chậm hơn (~2 km/s). Nghiên cứu chi tiết về phổ vận tốc của sao cho phép chúng tôi xây dựng được một mô hình khí quyển sao mô tả được hầu hết những đặc trưng quan sát được từ thực nghiệm (kết quả của nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Thiên văn học và Vật lý thiên văn A&A). Phân tích đồng thời số liệu vạch phát xạ CO(1-0) và CO(2-1) cho thấy nhiệt độ của sao thấp hơn so với giả thuyết trước đó và nghiên cứu cũng cho thấy tồn tại bất đối xứng giữa hai dòng vật chất (công bố tại RAA). Chúng tôi đã thu được sự phù hợp tốt hơn giữa số liệu quan sát và mô hình từ đó cung cấp thông tin hữu ích về giai đoạn chuyển đổi từ sao khổng lồ đỏ sang giai đoạn tinh vân hành tinh.
Chúng tôi cũng thực hiện nghiên cứu vạch phát xạ từ các nguyên tử hiđrô HI của một số sao AGB có tốc độ mất khối lượng thấp sử dụng số liệu đo được tại Đài thiên văn Nançay và VLA. Vạch phổ này cho phép nghiên cứu môi trường vật chất sao ở khoảng cách xa lõi sao hơn so với các vạch phổ của phân tử CO, vì CO bị phân tách do bức xạ cực tím đến từ môi trường giữa các sao (chuẩn bị công bố).
Có kinh nghiệm trong nghiên cứu các sao đã tiến hóa, chúng tôi sẽ theo đuổi việc quan sát chúng bằng những thiết bị tốt nhất trên thế giới, chúng tôi có thể tự thực hiện nghiên cứu hoặc hợp tác với các nhóm nước ngoài. Đặc biệt chúng tôi sẽ tận dụng lợi thế của hợp tác hiện có giữa VAST và CNRS (Pháp) để tăng cường hợp tác với Đài thiên văn Paris thực hiện những nghiên cứu như vậy. Chúng tôi cũng đang có kế hoạch đề xuất quan sát vạch phổ HI sử dụng Kính thiên văn khổng lồ FAST đường kính 500 m đang được xây dựng ở Quế Châu, Trung Quốc.
Thiên hà có độ dịch chuyển đỏ lớn
Hợp tác với Trường Đại học Paul Sabatier ở Toulouse, chúng tôi đã nghiên cứu phổ phát xạ vạch CO(7-6) của thiên hà RX J0911. Đây là một thiên hà được quan sát nhờ hiện ứng thấu kính hấp dẫn, chứa một lỗ đen siêu nặng ở tâm và có độ dịch chuyển đỏ lớn (z~2.8, có nghĩa là thiên hà này cách Trái đất khoảng 11,3 tỉ năm ánh sáng). Sử dụng các vạch phổ chúng ta có thể đo được khối lượng khí của thiên hà; nền liên tục bên dưới vạch phổ cung cấp thông tin về thành phần bụi, những tham số này cho ta biết thông tin hữu ích về tốc độ hình thành sao ở các thiên hà được sinh ra rất sớm vào những thời điểm ban đầu của vũ trụ như thiên hà này. Cơ chế của hiệu ứng thấu kính hấp dẫn đã được nghiên cứu chi tiết tại Hà Nội (công bố trên tạp chí RAA). Nghiên cứu RX J0911, chúng tôi xác định được bán kính của thiên hà, tìm thấy bằng chứng cho thấy thiên hà có dạng hình elip và các khí phân tử có vận tốc biến đổi một cách đáng kể có thể do chuyển động của các dòng phân tử hoặc do chuyển động quay (kết quả nghiên cứu được công bố tại Astronomy and Astrophysics Letters).
Hoạt động giảng dạy, đào tạo và hướng tới cộng đồngNgay từ khi thành lập nhóm chúng tôi đã luôn đặt ưu tiên cho việc thúc đẩy phát triển vật lý thiên văn ở Việt Nam. Các thành viên của nhóm tham gia giảng dạy vật lý thiên văn tại một số trường đại học như Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Sư phạm và Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội. Chúng tôi cũng có những bài thực tập làm việc với thiết bị tại phòng thí nghiệm giúp cho công tác đào tạo học viên thạc sĩ ngành Không gian và Ứng dụng của Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội.
Chúng tôi không ngừng nỗ lực thiết lập quan hệ chặt chẽ với các nhà thiên văn học trong khu vực và ở nước ngoài. Trong bối cảnh này, với sự giúp đỡ của Hội thiên văn quốc tế (IAU), chúng tôi đã tổ chức một hội thảo chuyên đề vào tháng Tư năm 2014, có sự tham gia của gần như toàn bộ cộng đồng thiên văn Việt Nam và một số nhà vật lý thiên văn từ nước ngoài. Chúng tôi tích cực tham gia các hội nghị, hội thảo và các khóa học tổ chức ở khu vực, Đông Nam Á, Châu Á-Thái Bình Dương hay ở khu vực khác trên thế giới. Chúng tôi cũng coi trọng và giữ mối liên hệ chặt chẽ với cộng đồng vật lý thiên văn của các nước này, đặc biệt với các nhà thiên văn vô tuyến và các nhà thiên văn trẻ của họ.
Chúng tôi đang thúc đẩy việc đưa Việt Nam trở thành thành viên chính thức của IAU và chúng tôi cũng giữ liên lạc chặt chẽ với nhiều thành viên của tổ chức này.
Chúng tôi đánh giá cao tầm quan trọng của hoạt động hướng tới cộng đồng nhằm làm cho học sinh, sinh viên và công chúng tiếp cận được với những tiến bộ của vật lý thiên văn, khoa học không gian và những điều kỳ thú mà chúng mang lại. Chúng tôi khuyến khích hoạt động của các câu lạc bộ thiên văn học nghiệp dư bằng cách hỗ trợ tích cực cho họ. Chúng tôi đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thuyết phục Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức Ngày hội Khoa học hàng năm, một ngày mà các phòng thí nghiệm Việt Nam mở rộng cửa chào đón công chúng.
Triển vọng
Sự hiện diện của nhóm trong một đơn vị về khoa học và công nghệ không gian lớn của Việt Nam tạo điều kiện tối ưu cho sự lớn mạnh và tiến bộ của nhóm. Sự kết hợp giữa vật lý thiên văn và công nghệ không gian đã từ lâu được biết đến là rất hiệu quả. Thật vậy, thiên văn vô tuyến có những thành công nhờ vào những kỹ sư vô tuyến, những người đã rất tò mò và quan tâm đến vật lý của vũ trụ. Thời kỳ đầu tiên bắt đầu với Grote Reber và Karl Jansky, sau đó là các kỹ sư radar thời Chiến tranh Thế giới II, và đỉnh cao là những khám phá vào năm 1964 về bức xạ phông nền vũ trụ bởi Arno Penzias và Robert Wilson.
Là thành viên của VNSC và VAST phòng có nhiều cơ hội tham gia hợp tác quốc tế, đặc biệt là trong khuôn khổ những thỏa thuận hợp tác hiện có, tăng cường hình ảnh của nhóm trong cộng đồng khoa học, cả trên trường quốc tế và tại Việt Nam.
Các hướng nghiên cứu chính mà nhóm đang thực hiện theo hai chủ đề chính được đề cập ở trên: nghiên cứu về các ngôi sao ở giai đoạn tiến hóa muộn trong cuộc đời của chúng và các thiên hà xa xôi. Hiện tại, chúng tôi đang nghiêng hơn về hướng nghiên cứu thứ nhất, tuy nhiên chúng tôi vẫn đang tích cực thực hiện tìm kiếm hợp tác mới cho nghiên cứu thiên hà xa xôi. Bên cạnh đó, chúng tôi cũng dành thời gian tìm hiểu những dự án cho tương lai dài hạn hơn. Trong bối cảnh này, chúng tôi đang xem xét việc tham gia vào chương trình khoa học của FAST nghiên cứu các sao đã phát triển sử dụng vạch phát xạ HI hoặc là các sao xung (pulsar) có chu kỳ quay nhanh cỡ mili giây. Hơn nữa, như đã đề cập, chúng tôi hiện nay đang xem xét khả năng xây dựng thiết bị thiên văn vô tuyến tại Việt Nam để có thể sử dụng tốt nhất cho việc phát triển nhân lực cho ngành, báo cáo cụ thể cho kế hoạch này sẽ được hoàn thành vào cuối tháng 6/2015.
Cuối cùng, chúng tôi sẽ tiếp tục dành thời gian và nỗ lực cho hoạt động giảng dạy, đào tạo và hoạt động với mục đích thu hút sự quan tâm tới khoa học và công nghệ không gian ở Việt Nam.
