Phát hiện cụm thiên hà lớn đến nỗi có thể làm lệch không-thời gian và bẻ cong ánh sáng

Trong lĩnh vực nghiên cứu không gian - thiên văn học Không gì khó hơn việc khái quát hóa quy mô thực sự của vũ trụ. Thực tế mà nói thì chỉ riêng việc tưởng tượng kích thước của toàn bộ hệ mặt trời cũng là một vấn đề cực nan giải, chứ chưa nói đến toàn bộ Dải Ngân Hà hay rộng hơn là vũ trụ.

Thiên hà của chúng ta chỉ là một trong hàng tỷ thiên hà trong vũ trụ. Trên thực tế, các thiên hà không chỉ tồn tại ở dạng đơn lẻ, cô lập, mà còn thường xuyên tương tác với nhau - và đôi khi chúng còn tập hợp lại thành các nhóm lớn, được gọi là cụm thiên hà. Kính viễn vọng Không gian Hubble mới đây đã gửi về Trái đất bức ảnh đáng kinh ngạc của một cụm thiên hà như vậy.

Có tên gọi Abell 1351, đây là một cụm thiên hà có quy mô cực lớn, nằm trong chòm sao Ursa Major. Các cụm thiên hà dạng này thường là những nhóm bao gồm hàng nghìn thiên hà được tổ chức lại với nhau bằng lực hấp dẫn, Khối lượng ước tính của chúng có thể gấp bốn tỷ lần khối lượng mặt trời. Quan sát mới nhất từ Kính viễn vọng Không gian Hubble cho thấy những tác động mà một cụm thiên hà quy mô lớn có thể gây ra đối với không gian-thời gian.

Từ bức ảnh trên, có thể dễ dàng nhận thấy những vệt sáng có phần bị bóp méo chính là hình ảnh của các thiên hà xa xôi. Bởi vì khối lượng của cụm thiên hà quá lớn, nó làm lệch không-thời gian ở ngưỡng đủ để ánh sáng truyền qua đó bị bẻ cong và lan ra, giống như một chiếc kính lúp. Đây được gọi là hiện tượng thấu kính hấp dẫn, và nó cho phép các nhà nghiên cứu quan sát thấy những vật thể (chẳng hạn như thiên hà) ở khoảng cách xa hơn mức có thể quan sát bình thường.

Có nhiều mức độ thấu kính hấp dẫn khác nhau, tùy thuộc vào khối lượng của vật thể đóng vai trò là thấu kính. Nếu thấu kính đủ lớn và nguồn sáng nằm gần, nó sẽ bẻ cong ánh sáng đến mức bạn có thể nhìn thấy nhiều hình ảnh (ảo ảnh) khác nhau của cùng một nguồn sáng. Đó được gọi là thấu kính hấp dẫn mạnh. Ngoài ra còn có một hiệu ứng khác hiếm gặp hơn gọi là thấu kính hấp dẫn yếu, trong đó thấu kính có khối lượng nhỏ hơn hoặc nguồn sáng ở xa, có thể kéo giãn nguồn sáng và làm cho nó có vẻ lớn hơn hoặc có hình dạng khác.

Chưa dừng lại ở đó, còn có một hiệu ứng gọi là microlensing, được sử dụng để phát hiện các ngoại hành tinh. Trong đó, ánh sáng từ một vật thể ở xa (trong trường hợp này là ngôi sao) xuất hiện sáng hơn do vật thể phía trước nó (ngoại hành tinh).

Cả microlensing mạnh và yếu đều do Abell 1351 gây ra, và cụm sao này đang được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm. Mục tiêu đầu tiên sẽ là xác định khối lượng của cụm thiên hà, trước khi đến với những quan sát chuyên sâu hơn.