Hiện nay có thể phát hiện những va chạm trong vũ trụ thuở sơ khai

Thứ sáu, 28/10/2016 - 06:54

(Dân trí) - Các nhà vật lý đã phát hiện ra một hậu quả đáng ngạc nghiên của một mô hình vũ trụ sơ khai được ủng hộ rộng rãi: theo mô hình này, các nhiễu loạn trong vũ trụ nhỏ tạo ra những cú va chạm trong chất lỏng phóng xạ ở thời điểm chỉ một phần nhỏ của giây sau vụ nổ bigbang. Những va chạm này có thể xung đột với nhau tạo ra các sóng hấp dẫn đủ lớn để các máy dò sóng hấp dẫn hiện nay có thể phát hiện được.

Hình ảnh mô phỏng cho thấy điều kiện ban đầu của vũ trụ (trái) tiến hóa thành những cú va chạm (phải). (Ảnh: Hiệp hội vật lý Hoa Kỳ)

Các nhà vật lý Ue-Le Pen tại Viện Vật lý thiên văn lý thuyết ở Toronto, Canada và Neil Turok tại Viện Vật lý lý thuyết Perimeter ở Waterloo đã công bố nghiên cứu về các va chạm trong vũ trụ sơ khai và các hệ lụy của nó trên tạp chí Physical Review Letters.

Như các nhà khoa học giải thích, mô hình được ủng hộ rộng rãi nhất hiện nay về vũ trụ sơ khai là một vũ trụ gần như hoàn hảo đồng nhất với phần nền phóng xạ chiếm ưu thế, ngoại trừ một số các sóng hoặc các nhiễu loạn nhỏ trong bức xạ.

Trong nghiên cứu mới này, Pen và Turok đã cho thấy về mặt lý thuyết rằng, 1trong số các nhiễu loạn nhỏ thuở sơ khai này – là các sóng có biên độ nhỏ - đã tăng vọt để tạo thành các sóng có biên độ lớn, hay là những cú va chạm. Các va chạm này chỉ hình thành ở nhiệt độ rất cao, gần như xảy ra ngay lập tức sau vụ nổ bigbang.

Hai nhà vật lý cũng cho rằng, khi 2 hoặc nhiều cú va chạm xung đột với nhau, chúng sẽ tạo ra các sóng hấp dẫn.

Các kết quả cho thấy, các va chạm này xung đột với nhau và sát nhập lại thành các lỗ đen – giống như các lỗ đen đã được chương trình thử nghiệm của Đài quan trắc sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế la-ze (Gravitational-Wave Observatory – LIGO) phát hiện ra.

Trước đó, một số các nhà nghiên cứu khác đã suy đoán rằng các lỗ đen hợp nhất có thể được hình thành từ cùng những nhiễu loạn đã tạo ra các va chạm, hơn nữa, những lỗ đen có kích thước như vậy có thể tạo ra vật chất tối trong thiên hà của chúng ta.

Tuy nhiên, đã có thể phân biệt giữa những lỗ đen sát nhập và các va chạm xung đột, bởi vì hiện nay, các sóng hấp dẫn phát ra từ các va chạm đã bị phát hiện ở những tần số thấp hơn do sự giãn nở của vũ trụ đã làm các bước sóng đã bị kéo dài ra.

Hiện nay, các sóng hấp dẫn từ những cú sốc này sẽ có tần số là 3 nHz – ngược với tần số 100 Hz mà chương trình LIGO thử nghiệm đang vận hành.

Dựa trên các phân tích của mình, các nhà khoa học cho rằng các máy dò sóng hấp dẫn hiện tại hay các máy đã được lên kế hoạch trong tương lai đều có thể phát hiện các tần số của các sóng hấp dẫn phát ra từ các vụ va chạm. Những tần số này tương ứng với thời gian phát sóng là khoảng 10-4 – 10-30 giây sau vụ nổ bigbang.

Một hệ quả thú vị của các va chạm trong vũ trụ sơ khai là các tương tác của chúng có thể tạo ra các chất lỏng phóng xạ quay xung quanh thành các xoáy. Điều này có nghĩa rằng, các cú va chạm khi vũ trụ còn sơ khai đó đã ngẫu nhiên tạo ra en-trô-pi trong 1 chất lỏng phóng xạ hoàn hảo, trong đó thông thường en-trô-pi sẽ không thể tăng lên.

Khả năng những va chạm trong vũ trụ sơ khai có thể tạo ra các sóng hấp dẫn, xoáy và en-trô-pi có thể giúp cho các nhà khoa học giải quyết 1 số câu đố khó hiểu hơn về vũ trụ sơ khai, chẳng hạn như tại sao vũ trụ lại có nhiều vật chất hơn là phản vật chất (vấn đề baryogenesis), cũng như các nguồn gốc của từ trường có thể quan sát được ở nhiều đối tượng vật lý thiên văn.

En-trô-pi là gì?

Ví dụ như bạn có 1 túi bóng. Khi bạn lấy ra 1 quả bóng và đặt trên bàn thì chỉ có 1 cách để sắp xếp quả bóng đó. Nếu lấy 2 quả, thì sẽ có nhiều cách để sắp xếp. Tiếp tục như vậy cho đến khi tất cả số bóng đều được xếp trên bàn, thì sẽ có rất nhiều cách để sắp xếp các quả bỏng. Tình huống này được coi là en-trô-pi. Trong tình huống này, en-trô-pi được định nghĩa là số cách sắp xếp 1 hệ thống. En-trô-pi càng cao (số cách sắp xếp hệ thống càng nhiều ) thì hệ thống càng bị rối loạn.