Henrietta Leavitt tìm ra quy luật ở các sao biến quang dao động giúp các nhà thiên văn đo khoảng cách trong vũ trụ

07/10/2026 · VietTechies · Biên tập

Henrietta Swan Leavitt đã dành nhiều năm nhìn vào những chấm đen nhỏ trên các tấm kính ảnh thiên văn.

Các tấm ảnh ghi lại những ngôi sao trong Đám mây Magellan. Tại Harvard College Observatory, công việc của bà là so sánh ảnh, ghi độ sáng và nhận diện những ngôi sao thay đổi theo thời gian.

Rồi bà nhận ra một quy luật: trong một nhóm sao biến quang dao động, những ngôi sao sáng hơn mất nhiều thời gian hơn để hoàn thành mỗi chu kỳ.

Mối quan hệ đó về sau cho các nhà thiên văn một cách đo khoảng cách xa vượt quá giới hạn của phương pháp thị sai thông thường.

Lợi thế nằm ở vị trí của những ngôi sao

Leavitt nghiên cứu sao biến quang trong Đám mây Magellan Lớn và Nhỏ bằng các tấm kính ảnh được tạo từ những quan sát ở Nam bán cầu. Lợi thế quan trọng không phải là khi đó người ta đã biết chính xác khoảng cách tới từng ngôi sao. Họ chưa biết.

Điểm quan trọng là các ngôi sao trong cùng một Đám mây Magellan có thể được xem như ở gần cùng một khoảng cách tới Trái Đất, nếu so với khoảng cách khổng lồ từ chúng ta tới toàn bộ đám mây.

Vì vậy, sự khác nhau về độ sáng biểu kiến không chủ yếu do một ngôi sao ở gần hơn hẳn ngôi sao khác. Một quy luật về độ sáng có thể phản ánh tính chất nội tại của chính các ngôi sao.

Năm 1908, bà nhìn thấy manh mối

Leavitt lập danh mục số lượng lớn sao biến quang và nhận thấy các sao Cepheid sáng hơn có xu hướng có chu kỳ dài hơn — tức cần nhiều thời gian hơn để đi qua một vòng tăng rồi giảm độ sáng.

Bà tiếp tục đo. Trong một công bố năm 1912 của Harvard College Observatory dựa trên 25 sao biến quang trong Đám mây Magellan Nhỏ, mối quan hệ trở nên rõ ràng hơn nhiều: chu kỳ và độ sáng đi theo một quy luật đơn giản, đều đặn.

Kết quả này đặc biệt hữu ích vì chu kỳ tương đối dễ quan sát. Theo dõi một sao Cepheid đủ lâu, nhà thiên văn có thể biết nó mất bao nhiêu ngày để lặp lại vòng biến đổi ánh sáng.

Nếu chu kỳ đó liên quan đến độ trưng thực của ngôi sao, chính ngôi sao có thể trở thành một công cụ đo lường.

Phát hiện này chưa lập tức cho ra khoảng cách vũ trụ

Đây là phần câu chuyện thường bị rút gọn quá mức.

Leavitt xác lập quan hệ giữa chu kỳ và độ trưng, nhưng thang đo vẫn cần được hiệu chuẩn. Các nhà thiên văn phải có những phép đo khoảng cách độc lập đối với một số sao Cepheid gần trước khi có thể chuyển chu kỳ thành độ trưng tuyệt đối một cách tin cậy.

Khi được hiệu chuẩn, phương pháp trở nên cực kỳ hữu ích. Người ta có thể so sánh một sao Cepheid có độ trưng thực sự ở mức nào với mức độ mờ mà ta nhìn thấy từ Trái Đất. Chênh lệch đó cho phép suy ra khoảng cách.

Cepheid vì thế trở thành thứ giới thiên văn gọi là “nến chuẩn” (standard candle) — vật thể có độ trưng nội tại có thể suy ra và được dùng làm chuẩn đo khoảng cách.

Công việc đo lường lặp đi lặp lại trở thành chiếc thang đi vào không gian sâu

Công việc của Leavitt nằm trong một hệ thống lớn hơn tại Harvard, nơi nhiều phụ nữ được thuê để phân loại sao, đo các tấm kính ảnh và tổ chức dữ liệu thiên văn. Công việc có thể lặp đi lặp lại và thường được trả lương thấp so với giá trị khoa học mà nó tạo ra.

Nhưng đo lường lặp đi lặp lại không đối nghịch với khám phá. Đôi khi chính nó là điều kiện để khám phá xảy ra.

Nhờ so sánh nhiều ngôi sao trong những điều kiện nhất quán, Leavitt thấy được một mối quan hệ gần như không thể nhận ra nếu chỉ nhìn vài quan sát riêng lẻ. Quy luật hiện ra vì các phép đo có tính hệ thống.

Những nhà thiên văn khác biến quy luật đó thành công cụ đo khoảng cách

Sau công bố của Leavitt, các nhà thiên văn như Ejnar Hertzsprung và Harlow Shapley tiếp tục hiệu chuẩn và áp dụng mối quan hệ này. Sau đó Edwin Hubble xác định được các sao Cepheid trong tinh vân Andromeda và dùng độ trưng của chúng để chỉ ra rằng Andromeda nằm xa bên ngoài Ngân Hà.

Kết quả đó giúp giải quyết một tranh luận lớn: vũ trụ chứa nhiều thiên hà khác, chứ không phải chỉ có một Ngân Hà khổng lồ chứa mọi tinh vân chúng ta nhìn thấy.

Leavitt không trực tiếp thực hiện tất cả những phép đo về sau. Đóng góp của bà là tìm ra mối quan hệ khiến chúng trở nên khả thi.

Bài học hữu ích là tìm một quan hệ ổn định

Nhiều bài toán đo lường khó trở nên dễ xử lý hơn khi ta tìm được một đại lượng có thể quan sát và có quan hệ đáng tin cậy với thứ ta không thể đo trực tiếp.

Leavitt không thể kéo thước tới một thiên hà khác. Nhưng bà có thể quan sát nhịp lặp lại của ánh sáng một ngôi sao. Chu kỳ đó hữu ích vì nó liên quan đến độ trưng nội tại, và độ trưng nội tại lại có thể so với độ sáng biểu kiến.

Đây là một mô hình khoa học rất tổng quát: tìm một quan hệ ổn định, hiệu chuẩn nó, rồi dùng phía có thể quan sát để suy ra phía đang bị che khuất.

Bước đột phá của Leavitt bắt đầu từ việc nhận ra nhịp điệu của ánh sao có thể trở thành một chiếc thước.

Một vũ trụ tưởng như quá lớn để đo đã trở nên dễ đo hơn một chút.

Đọc bằng ngôn ngữ khác: English · Español · Deutsch · Français · Português (Brasil) · Tiếng Việt