Khoa học tự nhiên

'Oumuamua: vật thể ngoại hành tinh và những định kiến nội hành tinh (02/04/2021)

Kể từ khi được phát hiện vào năm 2017 đến ngày nay, ‘Oumuamua - vật thể ngoài hệ Mặt trời đầu tiên được ghi nhận trong lịch sử vẫn khiến các nhà khoa học không ngừng tranh cãi về nguồn gốc của nó. Sự xuất hiện của Oumuamua làm chúng ta nghĩ về bản chất của tài trợ nghiên cứu trong khoa học, tính mạo hiểm và tính cẩn trọng trong nghiên cứu với vô vàn những khả năng và những lời giải thích có thể đưa ra khả dĩ, cùng sự quan trọng của dữ kiện thực nghiệm.

‘Oumuamua, sứ giả từ một ngôi sao khác. Nguồn: Jordan Collver.

Sứ giả ngoài hành tinh, và những nhà khoa học bối rối

Ngày 19/10/2017, Robert Weryk phát hiện ra ‘Oumuamua trong dữ liệu của kính thiên văn survey Pan-STARRS ở Hawaii. Nó xuất hiện dưới dạng một vệt sáng dài, một dấu hiệu rằng nó di chuyển nhanh hơn nhiều các ngôi sao nền. Các vệt sáng như thế là khá thông thường với sao chổi và thiên thạch trong hệ Mặt trời, nhưng ‘Oumuamua đều không phải những thứ đó. Nó không đến từ bên trong hệ Mặt trời. ‘Oumuamua trong tiếng Hawaii có nghĩa là người thám thính, người đầu tiên và sẽ còn nữa.

Robert phát hiện ra ‘Oumumua chỉ ngay khi vật thể này (*) (chú thích: báo giới đôi khi dùng từ ‘tiểu hành tinh’, hay ‘phi thuyền’ để mô tả ‘Oumuamua. Điều này là sai - bản chất của ‘Oumuamua chưa được xác định một cách thỏa đáng bởi các nhà khoa học và vẫn còn nhiều tranh cãi.) đã đi xa khỏi Trái đất. Nó đã tiếp cận hệ Mặt trời từ một hướng gần vuông góc, di chuyển rất gần tới Trái đất và đi theo quỹ đạo hyperbolic, như một cú văng ra khỏi hệ Mặt trời. Ngay sau khi nó được phát hiện, các kính thiên văn mặt đất đã ngay lập tức bắt đầu theo sát ‘Oumuamua trên hành trình thoát li. Tính toán quỹ đạo cho thấy ‘Oumuamua chỉ có thể đến từ bên ngoài hệ Mặt trời - và vì thế, nó nghiễm nhiêm trở thành vật thể liên sao đầu tiên được phát hiện.

Các diễn biến đến sau còn gây ngạc nhiên hơn. ‘Oumuamua, vật thể ngoài hành tinh đầu tiên con người phát hiện ra, không giống gì với những sao chổi hay thiên thạch đã biết. Các sao chổi có một cái đuôi do bức xạ Mặt trời làm băng trên bề mặt sao chổi bốc hơi. Các thiên thạch hay tiểu hành tinh thì thường rất gồ ghề. Với dữ liệu phản quang (reflectivity) từ ‘Oumuamua, tuyệt nhiên không có phát hiện có khí nào thoát ra trên Oumumua. Cũng không có dấu hiệu bề mặt gồ ghề nào, trái lại. ‘Oumuamua có vẻ rất phẳng.

Phổ từ ánh sáng phản chiếu trên bề mặt của ‘Oumuamua biến thiên theo chu kì khoảng 8.4 giờ vì ‘Oumuamua tự quay quanh chính nó. Từ dữ kiện này, các nhà nghiên cứu đã tính toán được rằng ‘Oumuamua có thể có dạng như (1) một cái đĩa dẹp hoặc (2) thon dài như một điếu xì gà. Tuy nhiên, vì ta chỉ nhìn được hình chiếu 2-chiều bị giới hạn góc của một vật thể 3-chiều, khó để mà biết chính xác hình dạng của ‘Oumuamua. Nhưng họ biết rằng hình dạng của ‘Oumuamua hết sức kì lạ, với một tỉ lệ giữa chiều dài và chiều rộng rất lớn. (Rafikov, 2018, Fraser et al 2017)

Điều đặc biệt nhất, quỹ đạo của ‹Oumuamua không chỉ bị chỉ phối bởi lực hấp dẫn. Các quan sát cho thấy, ngoài gia tốc hấp dẫn, quỹ đạo của 'Oumuamua còn có một thành phần gia tốc khác, tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ Mặt trời. Điều này gây ngạc nhiên lớn cho các nhà khoa học. (Micheli et al. 2018)

Trong một năm sau đó đã, có các giả thuyết về nguồn gốc của ‘Oumuamua liên tiếp được đề ra. Desch et. al (2021) cho rằng ‘Oumuamua là tàn dư của một hành tinh bị phân rã. Seligman & Laughlin (2020) cho rằng oumuamua là một tảng băng hydrogen trôi dạt trong vũ trụ. Sekanina Z. (2019) cho rằng ‘Oumuamua là một đám bụi siêu nhẹ.

‘Oumuamua ở trung tâm của ảnh phơi sáng lâu. Các sao nền xung quanh bị mờ do kính thiên văn cần di chuyển để theo dõi vật thể này. Credit: ESO/K. Meech et al.

Tất cả các giả thuyết này đều có một điểm chung: chúng đều không có sự đồng thuận hoàn toàn của cộng đồng khoa học. Các giả thuyết được đề ra không giải quyết hoàn toàn được các sai số trong dữ liệu, và gây nhiều tranh cãi. Nhưng trong số đó, một giả thuyết đặc biệt gây tranh cãi nhất.

Giáo sư Avi Loeb - cựu trưởng khoa vật lý thiên văn tại Đại học Harvard, cựu giám đốc trung tâm vật lý tính toán tại đài quan sát Harvard-Smithsonian, cho rằng câu trả lời cho các bí ẩn về ‘Oumuamua rất đơn giản: ‘Oumuamua là một vật thể ‘ngoại hành tinh’. Nó phải tới từ một nền văn minh bên ngoài Trái đất.

Trong suốt ba năm kể từ ngày phát hiện ‘Oumuamua, GS. Loeb đã làm việc cùng nhiều cộng sự, thực hiện nhiều cuộc phỏng vấn với báo giới, và thậm chí viết một cuốn sách, để đưa ra thông điệp về ‘Oumuamua. Thông điệp của Loeb bao gồm nhiều phần, nhưng có thể tóm gọn nó như sau bằng hai ý chính: 1) ‘Oumuamua có khả năng là một vật thể của một nền văn minh ngoại hành tinh, và 2) cộng đồng khoa học đang rất có vấn đề khi xem nhẹ khả năng này.

Lightsail - một giả thuyết điên rồ?

Về luận điểm đầu tiên - ‘Oumuamua là sản phẩm của một nền văn minh, GS. Avi cho rằng các dữ kiện về ‘Oumuamua nằm ngoài lời giải thích của các hiện tượng tự nhiên đã biết, và việc các đồng nghiệp của ông nhất quyết đi tìm một câu trả lời đến từ tự nhiên là rất vô lý. Ông cho rằng các giả thuyết về việc ‘Oumuamua là một vật thể siêu nhẹ ít đặc hơn không khí tới 100 lần hay một tảng băng hydrogen đều không thuyết phục, và đưa ra nhiều tính toán để chứng minh điều đó.

Cùng với GS. Hoàng Chí Thiêm - giáo sư người Việt công tác tại Viện Thiên văn vũ trụ Hàn Quốc, GS. Loeb đã tính toán rằng một tảng băng thuần hydrogen sẽ thăng hoa (chuyển từ thể rắn sang thể khí) rất nhanh trong 10 triệu năm (để so sánh thì tuổi của hệ Mặt trời là 4.5 tỷ năm) bởi bức xạ của môi trường liên sao, và sẽ khó để nó không phân rã trên hành trình đến được Trái đất (Thiêm & Loeb 2018).

So sánh quỹ đạo của ‘Oumuamua với một sao chổi thông thường trong hệ Mặt trời.

Với GS Loeb, các dữ kiện về ‘Oumuamua như độ nhẵn của bề mặt, việc thiếu đuôi khí thường thấy của sao chổi, và sự thất bại trong việc áp dụng các hiểu biết về sao chổi/thiên thạch/tiểu hành tinh để phân tích ‘Oumuamua, là gợi ý để xem xét một giả thuyết khác táo bạo hơn. GS. Loeb đặc biệt chú ý tới thành phần gia tốc phi hấp dẫn khi ‘Oumuamua ở gần Mặt trời, với cường độ giảm theo bình phương khoảng cách từ Mặt trời,

Các nhà nghiên cứu đều cho rằng nó có thể là gia tốc đến từ năng lượng bức xạ. Bức xạ tác động hơn một tảng băng hydrogen có thể tạo ra sự bốc hơi và một lực đẩy, nguồn gốc của gia tốc này. Nhưng như đã thấy, ‘Oumuamua có lẽ không phải là một tảng băng hydrogen. Liệu vật thể nào khác có thể được đẩy đi bởi ánh sáng?

Vào năm 2018. GS Loeb cùng với cộng sự, postdoc Biably, đã công bố giả thuyết rằng ‘Oumuamua có thể là một lightsail - một chiếc thuyền buồm năng lượng ánh sáng. Dựa trên độ phản quang, thành phần gia tốc phi hấp dẫn, độ nhẵn bề mặt và hình dạng đĩa dẹp khả dĩ của ‘Oumuamua, GS. Loeb và Bialy tính được rằng chiếc lightsail này phải có độ dày khoảng một vài milimet. Bài báo của Loeb và Bialy được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters danh giá.

GS. Loeb cho rằng, nếu giả sử có một nền văn minh sở hữu công nghệ lightsail và đã phóng chúng đi khắp vũ trụ, việc tìm thấy tàn tích của một lightsail trôi dạt trong vũ trụ không nằm ngoài dự đoán.

Không phải nói thêm, công bố của Loeb và Biably bùng nổ trong tranh cãi.

“Không - không thể là người ngoài hành tinh!”

Các đồng nghiệp của Loeb hầu hết chọn bác bỏ giả thuyết này. Các công kích chủ yếu liên quan tới nguồn gốc của giả thuyết Lightsail.

Vào năm 2016, tỉ phú người nga Yuri Milner - một nhà đầu tư công nghệ khét tiếng ở Silicon valley - cùng với vài nhà khoa học nổi tiếng đã cùng thành lập quỹ Breakthrough Starshot với mục tiêu khám phá hệ sao gần nhất Mặt trời - Alpha Centauri ở cách 4.37 năm ánh sáng, trong khoảng 50 năm tới. Yuri đóng góp hơn 100 triệu đô cho sứ mệnh này.

Đồ họa về 'Oumuamua dưới dạng một tảng băng hydrogen (hình trái), và một lightsail (hình phải).

Ý tưởng trụ cột của Breakthrough Starshot là một chiếc lightsail khoảng 4x4 mét, cùng một vệ tinh microchip siêu nhỏ. Với một bệ phóng đèn laser công suất lớn khoảng vài trăm gigawatt cùng chĩa vào lightsail, nó sẽ được gia tốc tới khoảng 20% vận tốc ánh sáng - khoảng 60,000 km/s (để so sánh, tàu vũ trụ Voyager 2, thứ xa nhất con người từng phóng khỏi hệ Mặt trời, có vận tốc khoảng 17km/s) (Scharf, 2013).

Không ai khác ngoài GS. Loeb là người đã củng cố và đưa ý tưởng lightsail vào sứ mệnh này. Vì thế, một số người cho rằng GS. Loeb đang bị ám thị với ý tưởng sẵn có khi đưa giả thuyết lightsail vào ‘Oumuamua.

Giả thuyết lightsail của GS. Loeb cũng không hoàn toàn nhất quán với dữ liệu. Cụ thể, tốc độ quỹ đạo của ‘Oumuamua khi ở gần nhất Mặt trời (perihelion velocity) vào khoảng 87.7 km/s. Ngay cả khi được gia tốc bằng động lượng từ photon, con số này vẫn nhỏ hơn nhiều so tốc độ về mặt lý thuyết của một lightsail. Quan trọng hơn, ‘Oumuamua có màu đỏ, không khác biệt lắm với những thiên thạch trong hệ Mặt trời. Trong khi đó, nếu ‘Oumuamua cũng không quá sáng, trong khi một lightsail siêu phản quang nên có độ sáng hơn nhiều lần quan sát. (Meech et al, 2017).

Trên tinh thần thận trọng, nhiều nhà khoa học cho rằng dù ‘Oumuamua là một vật thể rất kì lạ, các tính chất của nó vẫn nằm gọn trong các tham số khả dĩ của tự nhiên. Tuy vậy, không phải công kích nào cũng đến từ góc nhìn phản biện khoa học thuần túy.

Phần đông các nhà khoa học trong cộng đồng vật lý thiên văn sẽ không lấy làm thích thú với các ý tưởng khoa học liên quan đến những nền văn minh ngoài Trái đất, một phần vì trong khoa học cần có một sự bảo thủ nhất định, nhưng một phần khác cũng là vì định kiến của cộng đồng khoa học với mảng nghiên cứu này - một điều mà GS. Loeb đặc biệt nhấn mạnh.

Triết lý khoa học và những nhân tố giễu cợt

Trong cuốn sách mới nhất, GS. Loeb nêu một ví dụ. Một quan sát mới về phân tử hydrogen trong những thời kì đầu của vũ trụ cho thấy nhiệt độ của nó thấp hơn nhiều lần tiên đoán. GS. Loeb đã công bố một giả thuyết rằng, có thể là do vật chất tối là một hạt với diện tích rất nhỏ đã làm nguội hydrogen. Bản thân công bố này cũng mang tính suy đoán cao, tuy nhiên nó hoàn toàn không gây ra quá nhiều tranh cãi, và Loeb cho rằng việc này chứng minh cho định kiến của cộng đồng khoa học. (Muñoz, Loeb 2018)

Hơn ai hết, các nhà học SETI hiểu rất rõ định kiến này. Viện Nghiên cứu SETI - Search for Extra-Terrestrial Intelligence (Tìm kiếm Sự sống Thông minh ngoài Trái đất), khởi đầu là một dự án nghiên cứu thuộc NASA. Các kính thiên văn radio của SETI liên tục theo dõi bầu trời để tìm kiếm những dấu hiệu của văn minh ngoài Trái đất, ví dụ như những tín hiệu được điều biến. Việc theo dõi tín hiệu vô tuyến cũng giúp nghiên cứu hiện tượng khoa học, như bức xạ vô tuyến từ fast radio bursts (FRBS), hố đen và các sao từ (magnetar). Lượng công bố khoa học của SETI không thua kém các ngành khác. (Wright, Oman-Reagan 2017)

SETI không phải ưu tiên đầu tư của hội đồng khoa học quốc gia, và đã trải qua nhiều cuộc cắt giảm ngân sách và ngừng hoạt động nhiều lần. Nếu không vì những khoản đầu tư tư nhân, SETI đã không còn nữa. Các nhà vật lý thiên văn ngày nay đặt nhiều nỗ lực tìm kiếm những chỉ dấu sinh học (biosignatures) hơn là những chỉ dấu công nghệ văn minh (technosignatures).

Wright, Oman-Reagan (2017) viết rằng, ‘giggle factor’ (nhân tố giễu cợt) là một trong những rào cản lớn nhất của thúc đẩy đầu tư cho nghiên cứu về SETI. Nhân tố giễu cợt này đến từ độ nổi tiếng của chủ đề người ngoài hành tinh trong văn hóa đại chúng. Nhưng cứ mỗi bộ phim về người ngoài hành tinh được tư vấn nghiêm túc về mặt khoa học - Contact (2001), Interstellar (2014), Arrival (2016) - thì có hàng tá những bộ phim người ngoài hành tinh được sản xuất vì mục đích giải trí hơn. Tồn tại không ít những nhóm không nhỏ xoay quanh những thuyết âm mưu cực đoan về UFO. Vì thế, ngay trong chính cộng đồng vật lý thiên văn, các nhà khoa học SETI nghiêm túc vẫn đối diện với định kiến về công việc của họ như một ngành ‘trên trời’.

Với các dữ liệu về ngoại hành tinh, ta đã tính toán được thiên hà của chúng ta có hơn 200 tỉ ngôi sao, và cứ trong 4 ngôi sao có ít nhất một hành tinh nằm trong quỹ đạo có thể có sự sống với nhiệt độ bề mặt tương tự Trái đất. Con số đó tính ra là hơn 50 tỉ hành tinh giống Trái đất chỉ riêng trong dải ngân hà. Đó là chưa nói về số lượng các hành tinh trong vũ trụ khả kiến, với con số ước tính khoảng 1021 (Loeb 2020). Các nhà khoa học dù thận trọng nhất, đều không bỏ qua khả năng rằng có sự sống tồn tại ngoài Trái đất - đơn bào, đa bào, thông minh hay bất kì thể dạng nào khác. Nhưng đơn giản là chúng ta không thật sự biết, vì chưa có bất kì bằng chứng hay dữ kiện nào thật sự chắc chắn.

Vì thế, SETI có thể được xem là một nghiên cứu dựa trên một giả định triết học về tự nhiên hơn là dựa trên dữ liệu đã biết. Các investigation như này không phải hiếm: các nhà vật lý dành nhiều thời gian và công sức để phát triển lý thuyết dây, siêu đối xứng, hay các hạt mới để giải thích vật chất tối. Họ cũng dựa trên những giả định lý thuyết mang tính lý luận triết học, với rất ít bằng chứng thực nghiệm. Nếu so sánh với những chuyên ngành lý thuyết nhất trong vật lý, việc tìm kiếm sự sống là một mục tiêu vẫn còn tương đối thận trọng.

Thực tế mà nói, thử sai là một quá trình cơ bản trong khoa học. Nếu thất bại trong việc kiểm chứng các lý thuyết này, thực nghiệm đó cũng là một thành công. Công sức sẽ được dành cho những giả thuyết khác để hiểu hơn về cách tự nhiên hoạt động.

Khoa học phải có khả năng lặp lại

Quay về câu chuyện của ‘Oumuamua, tồn tại nhiều vấn đề chưa được giải quyết rõ ràng và nhiều giả thuyết mở (vào tháng 3/2021, các nhà khoa học đưa ra một bằng chứng về băng nitrogen với giả thuyết ‘Oumuamua là một phân mảnh của một ngoại hành tinh ở rìa một hệ sao (Desch et al, 2021)). Một lí do quan trọng đơn giản là có quá ít dữ liệu về vật thể này. Không chỉ thiếu dữ liệu, GS. Loeb chỉ ra, vấn đề của các nghiên cứu về technosignature là thiếu tính lặp lại. Các sự kiện bức xạ vô tuyến lớn mà SETI theo dõi cũng chỉ xảy ra một lần. Trong khi đó, reproducibility (nghiên cứu khả lặp - khả năng lặp lại cùng một kết quả của một nghiên cứu) là một phần quan trọng của thực nghiệm.

Vì thế, GS. Loeb cho rằng cách duy nhất để có câu trả lời xác đáng là tiếp tục theo dõi những chuyến thăm ngoại hành tinh này với kính thiên văn Pan-STARRS và kính thiên văn Vera C. Rubin, và trong tương lai, gửi một tàu thăm dò đến những vật thể này. Các tính toán cho thấy xác suất của một vật thể liên sao tiếp cận gần Trái đất là ít nhất một sự kiện mỗi năm, và thậm chí có thể nhiều hơn ở rìa hệ Mặt trời.

Trong khi ‘Oumuamua thoát li hệ Mặt trời trên hành trình xuyên qua những vì sao, ngày càng xa hơn với Trái đất, những nhà khoa học đối diện với thực tại của các định kiến trong nghiên cứu. Các nhà khoa học cũng là con người - và con người thì luôn bị ảnh hưởng bởi định kiến. Việc hiểu rõ các định kiến và giả định vô căn cứ là rất quan trọng trong quá trình làm khoa học.

Câu nói của Carl Sagan về sự sống ngoại hành tinh sẽ rất phù hợp, “không tồn tại bằng chứng rất khác với bằng chứng cho sự không tồn tại”. Thế giới rộng lớn hơn nhiều so với hiểu biết của con người, và khoa học cũng cần thận trọng với những điều chưa biết và chưa ai hình dung tới cũng như là những điều chưa biết mà người ta đã nghĩ tới. Những nghiên cứu khoa học để tìm hiểu về sự sống ngoài Trái đất vì thế nên được xem trọng, dù là ở mức độ đơn bào hay ở mức độ của một nền văn minh, vì chúng đều là những câu hỏi khoa học chính thống.

Nguồn: Nguyễn Phúc Đạt/tiasang.com.vn

Ngày cập nhật: 02/04/2021

https://tiasang.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/Oumuamua-vat-the-ngoai-hanh-tinh-va-nhung-dinh-kien-noi-hanh-tinh-26988