Jeremiah Ostriker - Người khám phá “mặt tối” của vũ trụ

Jeremiah Paul Ostriker sinh ngày 13/4/1937 trong gia đình trung lưu khá giả. Cha ông là giám đốc một công ty may mặc còn mẹ là giáo viên trường công. Trong hồi ký, Ostriker kể về lần đầu tiên ông quan tâm tới khoa học là khi lên 4: mẹ ông bắt đầu đọc to các cuốn sách khoa học để ông chịu ngồi yên làm mẫu cho bức tranh sơn dầu. Những lần đọc ấy đã ăn sâu vào tâm trí ông.

Sau khi tốt nghiệp Trường Văn hóa Đạo đức Fieldston, Ostriker theo học tại Đại học Harvard với dự định theo đuổi hóa học. Nhưng rồi, ông đã chuyển sang vật lý, lĩnh vực đã thu hút “quan điểm vũ trụ” của ông.

Học xong Harvard vào năm 1959, Ostriker tới làm việc tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu hải quân Mỹ trong một năm trước khi đăng ký cao học tại Đại học Chicago, vừa dành thời gian tại Đài quan sát Yerkes của trường vừa bận bịu nghiên cứu tại khoa vật lý, nơi ông làm việc dưới quyền Subrahmanyan Chandrasekhar – nhà vật lý đoạt giải Nobel tương lai. Ostriker lấy bằng tiến sĩ vào năm 1964. Sau một năm làm nghiên cứu hậu tiến sĩ tại Đại học Cambridge, nơi ông tiếp xúc với những nhân vật nổi tiếng về hố đen trong tương lai như Stephen Hawking và Martin Rees, tiến sĩ đã tới Đại học Princeton làm nhà khoa học nghiên cứu. Ông công tác tại đây trong 47 năm, từng giữ chức vụ chủ tịch khoa thiên văn học và hiệu phó của ngôi trường này.

Mặt tối của vũ trụ

Tại ĐH Princeton, tiến sĩ Ostriker đã viết một loạt bài báo sẽ chuyển hướng ngành thiên văn học sang mặt tối của vũ trụ. Ông suy nghĩ rằng các thiên hà, cùng các ngôi sao, liệu có vỡ ra nếu chúng quay quá nhanh không. Câu hỏi này đặc biệt liên quan đến các thiên hà đĩa như dải Ngân Hà – nơi có hình dạng giống quả trứng rán, phần trung tâm được một lớp sao trắng, mỏng bao quanh.

Hợp tác với tiến sĩ James Peebles, người đoạt giải Nobel Vật lý và là đồng nghiệp tại Princeton, Ostriker xây dựng mô phỏng trên máy tính và phát hiện các thiên hà đĩa thực sự không ổn định. Chúng sẽ tan rã nếu không có một thứ gì mà chúng ta không nhìn thấy được, một vầng hào quang gồm khối lượng vô hình nào đó, đã cung cấp hỗ trợ trọng lực.

Bất kể thứ được gọi là vật chất tối là gì – các ngôi sao mờ, lỗ đen, thiên thạch, các hạt hạ nguyên tử còn sót lại từ Vụ nổ lớn – thì chúng phải có rất nhiều, gấp 10 lần khối lượng vật chất nguyên tử thông thường. Đây là một trong những lập luận lý thuyết đầu tiên cho rằng thiên hà tồn tại nhiều thứ hơn những gì chúng ta nhìn thấy trong ánh sao. Điều này trái ngược với niềm tin phổ biến trước những năm 1970, khi phần lớn các nhà thiên văn học đều tin rằng thiên hà chủ yếu được tạo thành từ ngôi sao.

Một người tiên phong trong giai đoạn này là nhà thiên văn học Fritz Zwicky. Trong những năm 1930, ông cho rằng phần lớn khối lượng trong thiên hà là “tối”. Tuy nhiên, ý tưởng của Zwicky không được coi trọng cho đến khi tiến sĩ Ostriker và Peebles công bố bài báo của họ vào năm 1973. Mặc dù ban đầu, phản ứng từ cộng đồng khoa học đối với bài báo này khá thù địch.

Một năm sau, khi kết hợp thêm dữ liệu từ các cụm thiên hà và các hệ sao khác, Ostriker cùng đồng nghiệp lập luận rằng, trên thực tế, hầu hết khối lượng trong vũ trụ là vô hình.

Đến đầu những năm 1980, ý tưởng về vật chất tối đã được chấp nhận trong ngành vũ trụ học, song vẫn còn nhiều vấn đề khó hiểu, gồm các phép tính cho thấy các ngôi sao lâu đời hơn vũ trụ mà chúng tồn tại. Sau này, Tiến sĩ Ostriker và nhà vật lý lý thuyết Paul Steinhardt đã tìm ra mảnh ghép còn thiếu khi đưa ra đề xuất vào năm 1995: một yếu tố sai lệch gọi là hằng số vũ trụ. Einstein từng đưa ra khái niệm này vào năm 1917, nhưng sau này ông đã từ bỏ nó và coi đây là sai lầm.

Tuy nhiên, tiến sĩ Steinhardt và Ostriker “tin rằng một vũ trụ chỉ có vật chất tối và vật chất thông thường không thể giải thích được các quan sát hiện có”. Khi họ thêm hằng số vũ trụ vào, mọi thứ đều trở nên phù hợp.

Họ không phải những người duy nhất có ý tưởng này. Nhà vũ trụ học Michael Turner và Lawrence Krauss cũng ủng hộ việc đưa hằng số trở lại. Ba năm sau, cả hai nhóm nghiên cứu đã phát hiện sự giãn nở của vũ trụ được “năng lượng tối” tăng tốc, thứ đóng vai trò là hằng số vũ trụ, đẩy các thiên hà ra xa nhau. Sau này, hằng số vũ trụ trở thành một phần của mô hình vũ trụ tiêu chuẩn.

Trong một loạt bài báo khác, ông cùng nhiều cộng sự đã thay đổi quan điểm của các nhà thiên văn học về những gì đang diễn ra trong khoảng không giữa các vì sao. Ostriker cùng tiến sĩ Renyue Cen đã kết luận vào năm 1999 rằng hầu hết vật chất nguyên tử thông thường trong vũ trụ gần đó đều vô hình, tồn tại dưới dạng khí liên thiên hà được làm nóng tới hàng triệu độ bởi sóng xung kích và vụ nổ.

Tại ĐH Princeton, Ostriker giúp thành lập dự án Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan với mục đích lập lại bản đồ toàn bộ bầu trời dưới dạng số bằng kính viễn vọng chuyên dụng tại Đài quan sát Apache Point. Bắt đầu từ năm 1998, dự án này vẫn kéo dài tới ngày nay. Nó đã sản sinh ra khoảng 10.000 bài báo nghiên cứu và lưu trữ các phép đo của nửa tỷ ngôi sao và thiên hà, tất cả đều miễn phí truy cập cho bất kỳ ai quan tâm. Với những đóng góp lớn lao của mình cho học thuật, năm 2000, ông được Tổng thống Bill Clinton trao Huân chương Khoa học Quốc gia.

Năm 2012, ông nghỉ hưu khỏi ĐH Princeton nhưng vẫn tiếp tục nghiên cứu với vị trí bán thời gian tại ĐH Columbia. Dù sau này tuổi cao sức yếu, ông vẫn tiếp tục tìm hiểu những lý thuyết mới triển vọng về vật chất tối nhờ trao đổi email và gặp gỡ đồng nghiệp.

Lý thuyết về vũ trụ tối mà ông góp phần thúc đẩy nửa thế kỷ trước đã xuất hiện một số điểm bất thường, giúp mở ra những ý tưởng mới về bản chất của vật chất tối.

Trả lời về vấn đề này trong một cuộc phỏng vấn, tiến sĩ Ostriker cho biết: “Đây là một lý thuyết vô cùng cụ thể và rõ ràng. Và vì thế nó có thể sai. Đó là cách khoa học tiến triển. Và điều chúng ta biết là lý thuyết này chỉ sai một chút, chứ không sai nhiều.”

Tiến sĩ Rees, nhà vũ trụ học tại Đại học Cambridge và Nhà thiên văn học Hoàng gia, đã tóm tắt cuộc đời của tiến sĩ Ostriker như sau: “Một số nhà khoa học đưa ra những ý tưởng tiên phong về các chủ đề mới lạ; những người khác viết ‘lời cuối cùng’ dứt khoát về các chủ đề đã được thiết lập. Jerry nằm trong nhóm đầu tiên”.

“Ông đã viết một trong những bài báo sớm nhất — và hiện nay đã trở thành kinh điển — về bản chất của sao xung, bằng chứng về vật chất tối và về sự hình thành thiên hà và vũ trụ học. Loạt bài báo của ông vẫn tiếp tục cho đến khi ông ở độ tuổi 80”, tiến sĩ Rees nói thêm. “Tiến sĩ Ostriker nhiệt tình tìm hiểu dữ liệu mới và các kỹ thuật tính toán. Ông truyền cảm hứng cho các đồng nghiệp và cộng sự trẻ hơn, không chỉ ở Princeton mà trên toàn thế giới”.

Nguồn:

https://www.nytimes.com