Nhà Vật Lý Thiên Văn Ý Nghiên Cứu Bức Xạ Nền Vũ Trụ Tại Trạm Amundsen-Scott

Nhà vật lý thiên văn người Ý, Sofia Fatigoni, đang thực hiện những nghiên cứu có tầm quan trọng sống còn tại Trạm Amundsen-Scott, tập trung vào bức xạ vi sóng vũ trụ (CMB). Trạm nghiên cứu này tọa lạc ngay tại Nam Cực, nơi nhiệt độ thường xuyên giảm sâu xuống mức -50°C khi tính cả hiệu ứng gió lạnh. Cơ sở này nằm ở độ cao 2835 mét so với mực nước biển, trên tấm băng Nam Cực, và được đặt theo tên những nhà thám hiểm đầu tiên chinh phục Cực Nam vào các năm 1911 và 1912.

Những điều kiện khắc nghiệt tại đây—cái lạnh cắt da và sự biệt lập—chính là yếu tố then chốt. Chúng đảm bảo không khí cực kỳ sạch và gần như không có hơi ẩm, tạo nên môi trường lý tưởng cho các quan sát thiên văn học. Trọng tâm công việc của Tiến sĩ Fatigoni là dự án kính thiên văn BICEP Array. Mục tiêu cốt lõi của dự án này là tìm kiếm dấu vết của những sóng hấp dẫn nguyên thủy, những dấu ấn được ghi lại trong CMB. Theo các mô hình vũ trụ học, những sóng này được cho là đã hình thành trong những khoảnh khắc đầu tiên sau Vụ Nổ Lớn, trong giai đoạn lạm phát vũ trụ.

Việc phát hiện ra sự phân cực B-mode trong CMB sẽ mang lại bằng chứng thực nghiệm trực tiếp xác nhận cho lý thuyết lạm phát. Bức xạ vi sóng vũ trụ, hay còn gọi là bức xạ phông vi sóng, chính là nhiệt lượng còn sót lại từ thời điểm “tán xạ cuối cùng”—khoảng 380 nghìn năm sau Vụ Nổ Lớn. Phổ của bức xạ này tương ứng hoàn hảo với vật đen tuyệt đối có nhiệt độ là 2,725 Kelvin.

Dự án BICEP Array là sự tiếp nối của một chuỗi các thí nghiệm trước đó, bao gồm BICEP1 (giai đoạn 2006–2008) và BICEP2 (giai đoạn 2010–2012). Mảng kính thiên văn hiện tại bao gồm bốn kính thiên văn siêu lạnh; chiếc đầu tiên bắt đầu thu thập dữ liệu vào năm 2019, và chiếc thứ hai vào năm 2022. Các thiết bị này được điều chỉnh để đo lường sự phân cực của CMB với độ chính xác cao. Mục đích là tách biệt tín hiệu của sóng hấp dẫn nguyên thủy khỏi các nhiễu loạn, chẳng hạn như bụi thiên hà, yếu tố đã từng gây ảnh hưởng đến việc phân tích dữ liệu của BICEP2 vào năm 2014.

Cuộc sống tại trạm, được vận hành bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) trong khuôn khổ Chương trình Nam Cực của Mỹ (USAP), mang lại cảm giác kỳ lạ, gần giống như trên Sao Hỏa, với một ngày cực kéo dài xen kẽ với sáu tháng đêm tối. Trạm được thiết kế để chứa tối đa 150 người vào mùa hè và khoảng 50 người vào mùa đông. Những người này bị cô lập hoàn toàn từ giữa tháng Hai đến cuối tháng Mười. Do sự dịch chuyển của tấm băng Nam Cực, ước tính khoảng 10 mét mỗi năm, việc hiệu chỉnh lại vị trí đánh dấu Cực Nam địa lý là cần thiết hàng năm. Những đặc điểm độc đáo của địa điểm này khiến nó trở nên không thể thay thế đối với ngành vật lý thiên văn, bao gồm cả các cơ sở như đài quan sát neutrino IceCube.

Những nghiên cứu mà Sofia Fatigoni và các đồng nghiệp đang tiến hành mang ý nghĩa nền tảng sâu sắc, bởi chúng hướng tới việc làm sáng tỏ những khoảnh khắc sơ khai nhất của vũ trụ. Nếu có thể phát hiện thành công các B-mode gây ra bởi sóng hấp dẫn, mô hình lạm phát sẽ chuyển từ một khái niệm mang tính suy đoán thành một sự thật được chứng minh bằng thực nghiệm, mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực vũ trụ học.