[비즈한국] Để tìm kiếm manh mối về các nền văn minh ngoài hành tinh, các nhà thiên văn học đang thực hiện một nghiên cứu mang tên ‘Dự án Hephaestus’. Đây là cái tên gợi nhắc đến bộ phim ‘Project Hail Mary’. Vậy khi tìm kiếm nền văn minh ngoài hành tinh thông qua quan sát thiên văn, chúng ta có thể dựa vào manh mối nào? Trong số rất nhiều manh mối, khái niệm gây ra nhiều tranh luận nhất cho những người hâm mộ khoa học viễn tưởng chính là Dyson Sphere (Quả cầu Dyson) – một cấu trúc nhân tạo khổng lồ bao quanh một ngôi sao.
Gần đây, kết quả quan sát hai ứng viên sáng giá nhất cho danh hiệu Dyson Sphere bằng kính viễn vọng không gian James Webb đã được công bố. Liệu nơi đó có thực sự tồn tại một nền văn minh ngoài hành tinh đang sinh sống bên trong những cấu trúc nhân tạo khổng lồ hay không?
Kể cả nền văn minh thu hoạch ánh sao cũng để lại nhiệt thải
Ý tưởng về Dyson Sphere lần đầu xuất hiện trong cuốn tiểu thuyết ‘Star Maker’ của Olaf Stapledon. Nguồn năng lượng mạnh mẽ nhất trong hệ mặt trời chính là mặt trời. Khi nhân loại càng phát triển, nhu cầu về năng lượng càng tăng cao. Bước vào kỷ nguyên trí tuệ nhân tạo, lượng tiêu thụ năng lượng cũng đang tăng vọt. Một nền văn minh kỹ thuật phát triển cao có lẽ sẽ thử nghiệm phương thức khai thác năng lượng trực tiếp từ ngôi sao trung tâm của họ. Đó là việc bao bọc ngôi sao bằng một cấu trúc trang bị các tấm pin mặt trời khổng lồ để thu thập năng lượng ánh sáng một cách hiệu quả từ khoảng cách gần. Sau đó, nhà vật lý Freeman Dyson đã hệ thống hóa trí tưởng tượng khoa học viễn tưởng này theo góc độ khoa học, khiến cái tên Dyson Sphere trở nên phổ biến rộng rãi.
Tuy nhiên, vấn đề nằm ở nhiệt động lực học. Dù một nền văn minh có tiến bộ kỹ thuật cao đến đâu, việc đi ngược lại các định luật khoa học của vũ trụ là điều khó xảy ra. Ngay cả khi hấp thụ ánh sáng sao để phục vụ nhu cầu duy trì nền văn minh, năng lượng đó cũng không thể biến mất hoàn toàn. Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng đã tiếp nhận cuối cùng phải được giải phóng dưới một hình thức khác. Nếu xét đến định luật thứ hai của nhiệt động lực học, các thiết bị thực tế bắt buộc phải đẩy entropy ra ngoài không gian. Phần lớn nhiệt thải dư thừa sau khi sử dụng có thể được phát ra dưới dạng bức xạ ở nhiệt độ thấp hơn.
Trong kế hoạch trung tâm dữ liệu vũ trụ của SpaceX gần đây, vấn đề quan trọng nhất chính là cách xử lý nhiệt thải. Việc khiến nhiệt thải biến mất hoàn toàn là không thể. Mặc dù có thể thử phương pháp đẩy nhiệt ra ngoài một cách chậm rãi ở nhiệt độ rất thấp, nhưng việc loại bỏ hoặc che giấu hoàn toàn nhiệt thải gần như là không tưởng.
Nếu nhiệt độ của nhiệt thải ở mức vài trăm Kelvin, chúng ta có thể thấy dấu vết của nó chủ yếu trong dải hồng ngoại trung. Đây là dải bước sóng mà thiết bị quan sát hồng ngoại trung (MIRI) của kính viễn vọng không gian James Webb quan sát rất nhạy bén. Nếu nhiệt độ thấp hơn, dấu vết đó sẽ dịch chuyển sang tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn. Nhờ đó, James Webb trở thành công cụ tìm kiếm dấu vết của các nền văn minh ngoài hành tinh có thể đang bao bọc ngôi sao bằng Dyson Sphere. Nếu một ngôi sao trông có vẻ tối ở các bước sóng khác do bị che khuất bởi cấu trúc khổng lồ mà lại phát ra tín hiệu sáng bất thường ở dải hồng ngoại trung, chúng ta có thể nghi ngờ đó chính là một Dyson Sphere chưa thể che giấu hoàn toàn nhiệt thải.
Bảy ứng viên còn lại trong 5 triệu ngôi sao
Các nhà nghiên cứu thuộc dự án Hephaestus đã tận dụng dữ liệu Gaia, một nguồn quan sát khổng lồ về các ngôi sao trong dải Ngân Hà. Họ kết hợp dữ liệu này với dữ liệu từ WISE và 2MASS vốn đã khảo sát bầu trời ở dải hồng ngoại để kiểm tra khoảng 5 triệu ngôi sao. Bằng cách sử dụng dữ liệu Gaia để xác định khoảng cách đến các ngôi sao, họ chọn ra những ngôi sao trông tối bất thường so với khoảng cách đó. Tiếp theo, họ so sánh cường độ hồng ngoại của từng ngôi sao bằng dữ liệu của 2MASS và WISE.
Sau quá trình chọn lọc này, cuối cùng còn lại bảy ứng viên. Tất cả đều tối nhưng lại sáng rực rỡ ở dải hồng ngoại. Chúng được xác định là các sao lùn đỏ loại M có nhiệt độ bề mặt rất thấp, và khoảng 7~17% tổng năng lượng phát ra nằm trong dải hồng ngoại.
Tất nhiên, chỉ dựa vào điều này thì khó có thể khẳng định đó là Dyson Sphere. Nếu xung quanh ngôi sao vẫn còn đĩa bụi tiền hành tinh tồn tại lâu ngày, nó cũng có thể khiến tia hồng ngoại trông sáng bất thường. Thông thường, những đĩa bụi như vậy sẽ dần kết tụ thành hành tinh hoặc bị gió sao đẩy đi sau khoảng 10 triệu năm kể từ khi ngôi sao hình thành. Tuy nhiên, đôi khi có những trường hợp đĩa bụi tồn tại hơn 40 triệu năm. Vì giống như Peter Pan không bao giờ lớn, chúng được gọi là ‘đĩa Peter Pan’.
Trong phổ của những ngôi sao loại này thường xuất hiện rõ rệt các vạch phát xạ của nguyên tử hydro. Tuy nhiên, trong bảy ứng viên của Hephaestus, người ta không thấy các vạch phát xạ hydro đáng kể nào. Do đó, khả năng chúng là những ngôi sao trẻ được bao quanh bởi đĩa bụi đã bị loại trừ.
Một thiên thể khác lộ diện cạnh ngôi sao
Vào ngày 28 tháng 7 và ngày 9 tháng 9 năm 2025, James Webb đã nhắm mục tiêu vào hai trong số bảy ứng viên. Và một sự thật bất ngờ đã lộ diện.
Với độ phân giải cao hơn các kính viễn vọng hiện có, James Webb đã quan sát các ngôi sao dưới dạng những chấm nhỏ và sắc nét. Khi đó, một thực thể khác đã xuất hiện ngay cạnh ngôi sao. Đó là một thiên thể trông như một vết mờ lan rộng. Ở bước sóng 5,6 micromet – bước sóng tương đối ngắn trong phạm vi quan sát của MIRI, ngôi sao xuất hiện sáng hơn. Nhưng càng về phía bước sóng dài, ngôi sao càng mờ đi, và thiên thể mờ nhạt bên cạnh nó lại càng trở nên rõ nét hơn.
Danh tính của nó là một thiên hà nền vô tình bị nhìn chồng lấp theo cùng một hướng. Tín hiệu hồng ngoại trung sáng rực được bắt gặp trong các quan sát trước đó không phải từ ngôi sao, mà là ánh sáng từ thiên hà phía sau nó. Trong các quan sát trước đây, người ta không thể phân biệt rõ ràng giữa ngôi sao và thiên hà nền, nhưng trong hình ảnh của James Webb, hai thiên thể này đã được tách biệt hoàn toàn. Khoảng cách góc trung bình giữa ngôi sao và thiên hà nền là khoảng 1 giây cung.
Trong các quan sát trước đó, hai ứng viên này dường như phát ra tín hiệu hồng ngoại tương ứng với nhiệt độ khoảng 180 Kelvin. Xét đến việc nhiệt độ của ngôi sao trung tâm khoảng 3500 Kelvin, nếu một cấu trúc bao quanh ngôi sao muốn duy trì nhiệt độ khoảng 180 Kelvin, nó phải nằm ở khoảng cách rất gần, trong vòng 1 đơn vị thiên văn (AU) từ ngôi sao. Khoảng cách đến các ngôi sao này vượt quá 600 năm ánh sáng. Do đó, nếu cấu trúc như vậy thực sự tồn tại, nó phải trông như dính sát vào ngôi sao trong phạm vi dưới 0,01 giây cung. Tuy nhiên, nguồn phát hồng ngoại thực sự lộ diện trong hình ảnh của James Webb, tức là các thiên hà nền, lại nằm cách xa hơn nhiều.
Các thiên hà phát ra nhiều tia hồng ngoại thường có thể bị che phủ bởi những đám mây bụi dày đặc. Một trong số đó là ‘thiên hà bị che khuất bởi bụi nóng’, hay còn gọi là Hot DOG. Tại trung tâm có một nhân thiên hà hoạt động mạnh mẽ với lỗ đen nằm ở giữa, bụi dày bao quanh nó khiến năng lượng phát ra đặc biệt nhiều ở dải hồng ngoại. Thiên hà nền chồng lấp với ứng viên D được quan sát lần này có khả năng chính là loại Hot DOG này.
Ngược lại, thiên hà nền chồng lấp với ứng viên E lại hơi khác biệt. Thiên hà này cũng được bao quanh bởi bụi, nhưng nguyên nhân chính của tia hồng ngoại được cho là không phải do nhân thiên hà hoạt động mà do sự ra đời bùng nổ của các ngôi sao bên trong. Tổng khối lượng các ngôi sao mới sinh ra ở thiên hà này mỗi năm lên tới khoảng 20 lần khối lượng mặt trời.
Giữa tín hiệu của nền văn minh ngoài hành tinh và hiện tượng tự nhiên
Cuối cùng, một lần nữa bằng chứng xác thực về nền văn minh ngoài hành tinh, manh mối quyết định về Dyson Sphere đã không xuất hiện. Nếu kỳ vọng vào việc phát hiện ra nền văn minh ngoài hành tinh, thì đây là một kết quả đáng thất vọng. Tuy nhiên, quan sát lần này đã để lại một bài học quan trọng. Vũ trụ vô cùng đông đúc với vô số thiên thể. Việc các ngôi sao ở gần và các thiên hà nền ở xa trông có vẻ chồng lấp theo cùng một hướng là điều có thể xảy ra thường xuyên hơn chúng ta nghĩ.
Khi đó, người ta có thể hiểu nhầm các đặc tính của thiên hà nền ở rất xa thành các đặc tính của ngôi sao ở gần. Một ngôi sao bình thường lại trông như đang che giấu một Dyson Sphere. Chúng ta phải kiểm tra cẩn thận xem tín hiệu quan sát được thực sự phát ra từ ngôi sao đó, hay là kết quả trộn lẫn ánh sáng từ các thiên hà nền tình cờ chồng lấp. Đôi khi, không phải nền văn minh ngoài hành tinh, mà chính các hiện tượng tự nhiên của vũ trụ đang đánh lừa chúng ta.
Nếu có vô số nền văn minh ngoài hành tinh tồn tại trong vũ trụ rộng lớn này, tại sao chúng ta vẫn chưa phát hiện ra bất kỳ tín hiệu nào từ họ? Trước câu hỏi mà nghịch lý Fermi đặt ra, sự im lặng của vũ trụ vẫn tiếp diễn.
Có lẽ, tồn tại một nền văn minh ngoài hành tinh đã tìm ra giải pháp xử lý nhiệt thải và đang sống một mình trong bóng tối mà không để lại bất kỳ chút nhiệt năng nào. Dù thực thể như vậy có tồn tại, họ cũng sẽ không lọt vào lưới dò tìm của chúng ta. Thực tế, coi như không có cách nào để quan sát. Nếu một nền văn minh muốn che giấu bản thân kỹ lưỡng đến mức đó, thì việc không cố gắng tìm ra họ có lẽ chính là nghi thức ứng xử trong vũ trụ.
Việc một nền văn minh kỹ thuật phát triển không nhất thiết đồng nghĩa với việc họ cần nhiều năng lượng hơn. Có khả năng họ đã giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng bằng những phương pháp hoàn toàn khác chứ không phải cách thức cực đoan như Dyson Sphere. Ví dụ, một nền văn minh thành công trong phản ứng nhiệt hạch ở nhiệt độ phòng sẽ không có lý do gì để phải khổ sở xây dựng cấu trúc khổng lồ xung quanh ngôi sao.
Cuối cùng, quá trình tìm kiếm nền văn minh ngoài hành tinh không thể không dựa vào nhiều giả định và kỳ vọng hợp lý. Liệu đó có thực sự là suy luận hợp lý hay không, chỉ có thể được bàn luận sau khi ngày chúng ta phát hiện ra sự tồn tại của họ đến.
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Là người yêu mèo và vũ trụ. Từ nhỏ, sau khi xem ‘Galaxy Express 999’, anh đã nuôi ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh là giáo sư trợ lý tại Khoa Nghiên cứu Tự do, Đại học Sejong, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết lách. Anh là tác giả của các cuốn sách như ‘Về sự vô dụng của nhà thiên văn học’, ‘Chúng ta đều sinh ra là những nhà thiên văn học’, ‘Những câu hỏi kỳ lạ hiện ra khi nhìn vào vũ trụ’, và là dịch giả của các tác phẩm như ‘Tại sao tôi lại vô tình giết sao Diêm Vương’, ‘Quantum Life’, ‘UFO’.