Vũ trụ đang giãn nở nhanh bất thường, gợi mở một nền vật lý mới

Một nghiên cứu mới cho thấy vũ trụ hiện đang mở rộng với một tốc độ nhanh hơn so với những gì các nhà khoa học nghĩ trước đây. Nó có thể hướng chúng ta đến một nền vật lý mới vượt ra ngoài hiểu biết hiện tại.

Hiểu biết mới

Lý thuyết cho rằng vũ trụ đang giãn nở được chấp nhận rộng rãi bởi các nhà thiên văn học. Người ta tin rằng sự mở rộng này diễn ra với một tốc độ không đổi, được gọi là hằng số Hubble, một trong những đại lượng cơ bản mô tả vũ trụ của chúng ta. Tuy nhiên, tốc độ mở rộng này là chủ đề của nhiều nghiên cứu, mỗi nghiên cứu đều có phép đo lường riêng của mình về hằng số Hubble.

Trước đây, các nhà thiên văn đã xác định tỷ lệ mở rộng của vũ trụ vào khoảng 71,9 km mỗi giây trên megaparsec (một megaparsec vào khoảng 3,26 triệu năm ánh sáng). Đây được gọi là Hằng số Hubble, do nhà thiên văn Edwin Hubble người Mỹ đưa ra.

Một con số phù hợp hơn với một tính toán hợp lý hơn đã được công bố vào năm 2016 bởi một nhóm nghiên cứu khác, được dẫn đầu bởi Adam Riess – người từng đoạt giải thưởng Nobel Vật lý.

Nhưng bây giờ, một số khác thậm chí còn lớn hơn đã được đưa ra sau khi đo đạc bằng vệ tinh Planck của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu vào năm 2015. Con số vào khoảng 66,9 km mỗi giây trên mỗi megaparsec.

Lý do về sự khác biệt này vẫn chưa rõ ràng vào lúc này, nhưng những số liệu khác nhau từ các nhóm nghiên cứu khác nhau có thể dẫn tới một điểm chung.

Các nhà thiên văn từ dự án hợp tác H0LiCOW dẫn đầu bởi nhà nghiên cứu Sherry Suyu đã sử dụng các kính thiên văn được lắp đặt trong không gian và trên mặt đất, bao gồm cả kính viễn vọng không gian Hubble của NASA/ESA để xem xét 5 thiên hà – khiến họ đi đến phép đo độc lập của hằng số Hubble.

5 thiên hà lớn mà dự án quan sát nằm giữa Trái đất và các chuẩn tinh rất xa xôi. Những chuẩn tinh này rất sáng và ánh sáng của chúng phát ra có xu hướng uốn cong xung quanh các thiên hà có khối lượng lớn do “hiệu ứng thấu kính hấp dẫn”, tạo ra nhiều hình ảnh nền của chuẩn tinh bị nhòe thành các hình cánh cung.

Nhà nghiên cứu Frédéric Courbin, đồng lãnh đạo của dự án nghiên cứu cho biết: “Phương pháp của chúng tôi là đơn giản và trực tiếp nhất để đo lường hằng số Hubble vì nó chỉ sử dụng hình học và thuyết tương đối, không có giả định khác”. Nhóm nghiên cứu đã đo độ trễ của các nhấp nháy trong hình ảnh chuẩn tinh, vốn liên quan trực tiếp đến hệ số Hubble.

Sử dụng thời gian trễ giữa nhiều hình ảnh và mô hình hóa trên máy tính, các nhà nghiên cứu đã đi đến một phép đo có độ chính xác đáng kinh ngạc (với tỉ lệ sai số 3,8%) về hằng số Hubble. “Phép đo chính xác về hằng số Hubble là một trong những kết quá nghiên cứu đáng giá nhất về vũ trụ ngày nay,” nhà nghiên cứu Vivien Bobvin đánh giá.

Video về hiệu ứng thấu kính hấp dẫn:

Video về độ trễ của các nhấp nháy trong hình ảnh chuẩn tinh:

Nền vật lý mới?

Phép đo mà Suyu và nhóm nghiên cứu thực hiện cũng đồng thuận với các phép đo khác về hằng số Hubble trong “vũ trụ gần” (local universe) dựa trên tham chiếu là các ngôi sao thay đổi độ sáng (biến quang) Cepheid và các siêu tân tinh. Tuy nhiên, các phép đo này có sự khác biệt về giá trị với các phép đo thực hiện bởi vệ tinh ESA Plank. Đây cũng là điều được dự đoán trước vì vệ tinh Planck đo hằng số Hubble bằng cách quan sát các dao động nền vi sóng của vũ trụ sơ khai.

“Tốc độ nở rộng của vũ trụ hiện đang được bắt đầu đo bằng nhiều cách khác nhau với độ chính xác cao mà sai lệch thực tế có thể chỉ tới các kiến thức vật lý nằm ngoài hiểu biết hiện tại của chúng ta về vũ trụ”, Suyu giải thích.

Giá trị thu được của các nhóm thiên văn khi đo lường trong vũ trụ gần – khu vực vũ trụ kéo dài trong bán kính khoảng 1 tỷ năm ánh sáng – dường như không đồng thuận với các mô hình lý thuyết đã được chấp nhận về vũ trụ.

Phép đo lường mới này của hằng số Hubble đang thách thức hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. “Hằng số Hubble là rất quan trọng đối với thiên văn học hiện đại, vì nó có thể giúp xác nhận hoặc bác bỏ rằng vũ trụ vốn được tạo nên bởi năng lượng tối, vật chất tối và vật chất bình thường có thật sự chính xác, hay chúng ta đang thiếu mất một cái gì đó cơ bản”, Suyu giải thích thêm.

Theo trithucvn.net