Beatrice Tinsley: Người giải mã quá khứ và tương lai vũ trụ

Năm 1967, một nhà thiên văn danh tiếng đã tới Dallas để đăng đàn nói chuyện. Song, trước khi ông bắt đầu, một người phụ nữ trẻ tên là Beatrice Tinsley đã đứng dậy và nói với đám đông khán giả rằng mọi điều họ sắp nghe đều sai cả rồi. Đây là khởi đầu đã thay đổi ngành vũ trụ học, chuyên ngành nghiên cứu nguồn gốc và sự phát triển của vũ trụ.

Ta có thể dễ dàng đoán được bên nào đã thắng thế trong cuộc tranh luận này. Khi mà một bên là Allan Sandage, người được cho là nhà thiên văn học quan trọng nhất thế giới, ông tin rằng mình đã xác định được số phận của vũ trụ: nó nhất định sẽ sụp đổ vào một ngày rất xa, cách hiện tại khoảng một trăm tỷ năm. Và bên còn lại là một nghiên cứu sinh 26 tuổi trực tính, cô cho rằng Sandage đã đọc sai ánh sáng từ những thiên hà xa xôi, và vì thế mà hiểu sai về số phận của vũ trụ. Tất nhiên, vào thời điểm đó, uy thế của Sandage đã thắng áp đảo, song lịch sử cho thấy Tinsley mới là người mỉm cười cuối cùng.

Tinsley là người tiên phong của một thế hệ các nhà thiên văn và vật lý mới, họ sử dụng các phương pháp và dữ liệu mới để thay đổi câu chuyện về vũ trụ mà những người đi trước viết ra. Cô đã tính toán không chỉ các thiên hà có diện mạo thế nào trong ngày nay, mà nó có thể sẽ trông như thế nào qua thời gian, phụ thuộc vào cách thức thiên hà hình thành ngôi sao ban đầu. Thậm chí, Tinsley còn tính được những mô hình cho các loại thiên hà khác nhau – một nhiệm vụ phức tạp thời đó, trước khi máy tính có thể chạy thuật toán.

Beatrice Muriel Hill ra đời tại Chester, nước Anh vào ngày 27/1/1941 và lớn lên ở New Zealand. Cha cô là một mục sư chuyển sang hoạt động chính trị và trở thành thị trưởng của thành phố New Plymouth ở New Zealand.

Yêu thích âm nhạc và toán học, nhưng cô đã chọn theo đuổi vật lý tại Đại học Canterbury ở Christchurch. Vào năm 1961, cô cưới bạn học cũng là nhà vật lý Brian Tinsley. Một năm sau, Beatrice hoàn thành bằng cử nhân loại Xuất sắc, song không tìm được việc tại Canterbury vì chồng cô công tác ở đây.

Sau đó, Beatrice chuyển tới Dallas vì chồng nhận được việc tại Trung tâm nghiên cứu nâng cao Tây Nam. Năm 1964, cô đăng ký làm nghiên cứu sinh tại Đại học Texas ở Austin, là người phụ nữ duy nhất trong chương trình này. Hằng tuần cô phải di chuyển gần 700km. Trong thời gian học tiến sĩ, cô đã mô phỏng các ảnh hưởng từ tiến hóa của hàng triệu vì sao đối với diện mạo tổng thể của thiên hà, chính vì thế cô đã có màn giao tranh với Allan Sandage.

Các nhà thiên văn đã tranh cãi rất lâu về vấn đề này: Liệu vũ trụ có tiếp tục giãn nở mãi mãi không? Hay là lực hấp dẫn của các thiên hà kết hợp lại cuối cùng sẽ kéo mọi thứ lại với nhau, giống như một nắm đá bị ném trở lại Trái đất?

Sandage và các học giả khác tìm kiếm câu trả lời khi nhìn vào cách vũ trụ đã giãn nở thế nào trong quá khứ xưa cũ. Ông kết luận quá trình này đang dần chậm lại và một ngày nào đó sẽ quy tụ lại trong Vụ co lớn (Big Crunch). Đây là một dự đoán trọng đại mà chưa từng có nhà khoa học nào đưa ra. Nhưng đáp án này phụ thuộc vào giả định là một số thiên hà nhất định - những thiên hà hình elip khổng lồ mà Sandage sử dụng làm điểm đánh dấu khoảng cách vũ trụ (hay còn gọi là ngọn nến chuẩn) - không thay đổi nhiều theo thời gian.

Trong khi đó, công trình của Tinsley đã thay đổi phương pháp tiêu chuẩn để xác định khoảng cách của những thiên hà xa xôi. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định quy mô của vũ trụ và tốc độ giãn nở của nó - những ý tưởng hàng đầu đằng sau sự phát triển của thuyết Vụ nổ lớn. Khi còn là nghiên cứu sinh tiến sĩ, cô chỉ ra cho các giáo sư thấy họ đã bỏ qua những yếu tố như có bao nhiêu nguyên tố hóa học, khối lượng của thiên hà và tốc độ hình thành sao khi xác định tốc độ giãn nở của thiên hà.

Chỉ trong hai năm (so với thời gian trung bình là sáu năm), Tinsley đã học xong chương trình tiến sĩ vào năm 1968, đạt điểm 99% và 100%. Đây là sinh viên đầu tiên trong khoa này đạt điểm số hơn 80%. Cô công bố luận văn về quá trình tiến hóa của vũ trụ.

Năm 1972, cô cùng ba đồng nghiệp trẻ hơn là James Gunn và J. Richard Gott tại Đại học Princeton và David Schramm từ Đại học Texas đã bắt đầu tóm lược lại các bằng chứng ngày càng gia tăng cho thấy vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi. James Gunn cho biết Beatrice là người đã viết phần lớn cho bài báo có tiêu đề “An Unbound Universe?” (Một vũ trụ không giới hạn?) Và thế là, ta có được câu trả lời về số phận của vũ trụ: nó sẽ giãn nở mãi mãi; sẽ không có Vụ co lớn nào, không có cơ may xảy ra Vụ nổ lớn lần thứ hai. Ban đầu tạp chí Nature đã từ chối đăng bài báo này, sau này nó mới được đăng trên tạp chí The Astrophysical Journal vào năm 1974.

Một năm sau, Sandage mới đi đến kết luận tương tự, rằng vũ trụ sẽ không chậm lại tới mức đủ điều kiện để sụp đổ lần nữa. Ông viết: “Vũ trụ sẽ chỉ xảy ra một lần duy nhất”. Từ đây, Tinsley được nhìn nhận là chuyên gia hàng đầu thế giới về quá trình quá trình lão hóa và tiến hóa của các thiên hà.

Một phần tư thế kỷ sau, nhiều quan sát tiếp theo sử dụng các vụ nổ sao ở xa làm cột mốc thay vì thiên hà đã cho thấy rằng thực ra sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc, dưới ảnh hưởng của năng lượng tối. Tinsley đã hoàn toàn đúng.

Trong cùng năm, năm 1975, Tinsley được Hiệp hội Phụ nữ Đại học Hoa Kỳ trao Giải Annie Jump Cannon vì nghiên cứu sau tiến sĩ xuất sắc. Đáng tiếc, dù danh tiếng dần tăng, nhưng Tinsley vẫn không thể tìm được việc ở Texas. Cô đành miễn cưỡng mở rộng phạm vi tìm kiếm và nhận được một vị trí tại Đại học Yale. Khoảng cách xa xôi đã buộc Beatric phải lựa chọn giữa gia đình và sự nghiệp, bởi vì vào thời đại ấy, phụ nữ thường được kỳ vọng là sẽ ở nhà tề gia nội trợ. Cô đã đưa ra lựa chọn khó khăn là ly hôn chồng và từ bỏ quyền giám hộ hai đứa con nuôi, rời đi ngay trong lễ Giáng sinh.

Tinsley trở thành giáo sư thiên văn nữ đầu tiên tại Đại học Yale. Vị trí này đem lại cho cô “cảm giác hy vọng và sức mạnh đối với tương lai đã vuột khỏi con trong nhiều năm”, như cô viết trong bức thư gửi bố.

Một năm sau, Tinsley phát hiện một khối u ở chân là ác tính. Căn bệnh ung thư hạ gục cô vào ngày 23/3/1981, ở cái tuổi 40 sung sức.

Trong sự nghiệp học thuật ngắn ngủi chỉ kéo dài 14 năm, Tinsley là tác giả hay đồng tác giả của hơn 100 bài báo khoa học. Cô nhận được nhiều vinh dự và danh hiệu cho thành tựu nghiên cứu của mình. Năm 1986, Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ đã thành lập Giải thưởng Beatrice M Tinsley để vinh danh những đóng góp xuất chúng cho thiên văn học hoặc vật lý thiên văn, Đại học Texas đã thành lập chức giáo sư thỉnh giảng về thiên văn học để ghi nhớ người phụ nữ này. Năm 2010, Ủy ban Địa lý New Zealand đặt tên cho một ngọn núi cao 1.537m để vinh danh cô, nó nằm trong Dãy núi Kepler của Fiordland.

Nguồn: nytimes.com, canterbury.ac.nz, independent.co.uk