Tại sao tốc độ giãn nở vũ trụ không đồng nhất

Chúng ta đều biết vũ trụ đang "giãn nở". Tốc độ của việc giãn nở ảnh hưởng rất nhiều đến cách định hình vũ trụ của các nhà khoa học. Việc không đồng nhất các kết quả đo là do đâu và có thể tạo sự khác biệt như nào với bức tranh vũ trụ hiện tại?

Chúng ta đều biết vũ trụ đang "giãn nở". Tốc độ của việc giãn nở ảnh hưởng rất nhiều đến cách định hình vũ trụ của các nhà khoa học. Việc không đồng nhất các kết quả đo là do đâu và có thể tạo sự khác biệt như nào với bức tranh vũ trụ hiện tại?

Theo thuyết tương đối, vũ trụ được hình thành từ 13,8 tỉ năm trước sau một vụ nổ lớn (Big Bang). Và hầu hết chúng ta không nhận ra rằng số phận của vũ trụ đã được định đoạt ngay tại thời điểm mà nó hình thành.

Các điều kiện ban đầu của vũ trụ về cơ bản là một "cuộc đua" : giữa việc mở rộng đầu tiên sau vụ nổ , "làm căng" tất cả vật chất và năng lượng xa nhau  với  lực hấp dẫn làm việc để kéo mọi thứ lại với nhau, làm chậm tốc độ mở rộng xuống. "Cuộc đua" này đang diễn ra một cách cân bằng để không làm xảy ra một trong hai trường hợp: vũ trụ tan rã vô tận do sự giãn nở hoặc co lại do hấp dẫn. Nếu chúng ta biết làm thế nào vũ trụ đang mở rộng cả trong hiện tại và trong quá khứ, chúng ta có thể tìm ra cả những gì làm cho vũ trụ đạt được trạng thái hiện tại và dự đoán được số phận của vũ trụ hiện nay.

Bốn dự đoán về số phận vũ trụ. Ảnh: Sciense

Trong tuần này, đã có nhiều báo cáo về việc vũ trụ đang mở rộng nhanh hơn chúng ta nghĩ, thay vì trước đó ta vẫn nghĩ vũ trụ "giãn nở đều". Và như đã trình bày ở trên, những hiểu biết và dự đoán của chúng ta hiện nay về vũ trụ hiện nay được đưa ra dựa vào những số liệu ta đã biết và thừa nhận trong quá khứ, điều gì sẽ xảy ra nếu các kết quả đó là không chính xác? Và nếu như vậy, "vật chất tối" liệu có tồn tại? Nếu vũ trụ đang dãn nở ngày một nhanh hơn, liệu điều đó có dẫn tới một vụ sụp đổ? Chúng ta chỉ có thể hy vọng vào các nghiên cứu trong tương lai để trả lời.

Cách đơn giản nhất để kiểm nghiệm về việc vũ trụ có đang giãn nở nhanh hơn không là tập trung quan sát một đối tượng mà chúng ta có thể nắm bắt như một ngôi sao, các thiên hà xoay, các siêu tân binh,...để đo độ sáng biểu kiến và độ dịch chuyển sang vùng ánh sáng đỏ. Có thể hình dung như sau: Khi đo độ sáng của một nguồn sáng, ta có thể xác định được khoảng cách từ nguồn sáng đó đến ta và một nguồn sáng khi dịch chuyển ra càng xa ta, thì đối với người quan sát, ánh sáng từ nguồn sáng đó sẽ dịch chuyển qua vùng đỏ hơn , làm ta thấy "tối" hơn. Các nhà thiên văn học gọi những đối tường mà họ quan sát là những "ngọn nến tiêu chuẩn". Kể từ khi vũ trụ mở rộng , đo sự dịch chuyển đỏ và khoảng cách cho phép chúng ta quan sát không gian được mở rộng như thế nào.

Mô phỏng phương pháp "ngọn nến tiêu chuẩn" . Ảnh: NASA

Phương pháp này được áp dụng cho hầu hết các đối tượng : sao biến quang Cepheid , biến động trên bề mặt của các thiên hà xoắn ốc ,sự phát triển sao khổng lồ đỏ , các thiên hà xoắn ốc xoay , và các siêu tân tinh , ... Một sự kết hợp của tất cả các phương pháp đã được sử dụng vào đầu những năm 2000 để xác định tốc độ mở rộng vũ trụ (tỷ lệ Hubble) với một độ chính xác rất lớn : 72 ± 7 km / s / Mp.

Nhưng kể từ thời điểm đó , các nhà khoa học đã tinh chế hơn các phép đo của họ và giảm sai sót của những phép đo hơn nữa, điều đó đưa đến một  phát hiện mới : các loại khác nhau của các phép đo cho giá trị khác nhau cho tốc độ mở rộng .

Một cách khác để xác định tốc độ mở rộng của vũ trụ đó là dựa vào những "ánh sáng" còn "sót" lại sau vụ nổ Big Bang : Những sóng viba nền của vũ trụ. Phương pháp này có thể đưa ra tỷ lệ về sự dãn nở về vũ trụ một cách độc lập so với phương pháp đo ánh sáng. Từ vệ tinh Planck , chúng ta có được một tốc độ mở rộng là 67 ± 2 km / s / Mpc , phù hợp với các phép đo trước nhưng chính xác hơn .Một phương pháp khác dựa vào các phân nhóm của các thiên hà trên quy mô lớn nhất ( baryon âm dao động ) , được đo bằng Kính thiên văn kỹ thuật số Sloan, chúng ta có được một giá trị của 68 ± 1 km / s / Mpc. Hai cách này cùng cho một kết quả rất gần nhau và có độ tin cậy cao. Tuy nhiên khi quan sát thực tế sao Cepheid ta lại thấy kết quả 73 ± 2 km / s / Mpc, khác với suy đoán của hai phương pháp trên.

Bức xạ nền do vệ tinh Planck ghi lại. Ảnh: NASA

Sự khác biệt trong tốc độ giãn nở của vũ trụ cũng là nguồn gốc của tất cả các tranh cãi gần đây. Một số người đề xuất các giải pháp thay thế những lý thuyết truyền thống như nghiên cứu sâu hơn về năng lượng tối để vận dụng giải thích trong khi một số nhà khoa học khác thì lại đặt câu hỏi về sự các giả định cốt lõi về vũ trụ học trước giờ. Nhưng theo một nhóm khác, về cơ bản các phương pháp đo đều chính xác về cơ sở khoa học và xuất hiện sự khác biệt ở đây là do sự sai số của các thiết bị đo.

Lược sử về sự hình thành vũ trụ. Ảnh: Discovery

Nếu như theo kết quả mới nhất thu được từ kính thiên văn Hubble, tuổi của vũ trụ là 13,5 tỷ năm tuổi thay vì 13,8; có lẽ nó được làm từ 65% năng lượng tối thay vì 70%; có lẽ vẫn có chỗ cho một Big Rip khoảng 40 tỉ năm nữa.

Hy vọng rằng trong tương lai, một số phương pháp đo mới như phương pháp đo thị sai có thể cải thiện kết quả đo chính xác hơn, kéo kết quả đo của các phương pháp "lại gần" nhau hơn. Vì những kết quả chính xác hơn, có thể cho chúng ta những cái nhìn và dự đoán đúng đắn hơn về vũ trụ.

Nhưng bản chất của vũ trụ là vẫn thế, chỉ có nhận định của con người là có thể sai lầm. Chìa khóa để chúng ta có thể "phác thảo" một cái nhìn chuẩn xác hơn về vũ trụ là khám phá những nguyên nhân cơ bản, và nắm bắt bất cứ điều gì mới mẻ mà vũ trụ "tiết lộ" cho chúng ta.

Quý Vũ (Tổng hợp) 

Tin Liên Quan
Vũ Văn Quý
Nguồn: Nguoi dua tin
Bạn Có Thể Quan Tâm
Tin Đọc Nhiều
Cùng chuyên mục