Vũ trụ có thể đang giãn nở nhanh hơn so với dự đoán

“Phát hiện đáng ngạc nhiên này có thể là một đầu mối quan trọng để hiểu được những phần bí ẩn của vũ trụ tạo nên 95% vũ trụ và không phát ra ánh sáng, chẳng hạn như năng lượng tối, vật chất tối và bức xạ tối”, Adam Riess, trưởng nhóm nghiên cứu, người đã từng đoạt giải thưởng Nobel hiện đang làm việc tại Viện Khoa học kính viễn vọng không gian và Đại học Johns Hopkins ở Baltinemore, Maryland, cho biết.

Nhóm nghiên cứu của Riess đã thực hiện khám phá này bằng cách xác định tốc độ giãn nở hiện nay của vũ trụ với độ chính xác chưa từng có, làm giảm sai số xuống chỉ còn 2,4%. Họ thực hiện điều này bằng cách phát triển các kỹ thuật tiên tiến làm tăng độ chính xác của các phép đo khoảng cách tới các thiên hà xa xôi.

Nhóm nghiên cứu quan sát các thiên hà có chứa cả sao Cepheid và siêu tân tinh loại Ia. Sao Cepheid có độ sáng tăng giảm theo chu kỳ và ánh sáng nhấp nháy này liên quan trực tiếp tới độ sáng thực tế của ngôi sao và các nhà thiên văn học có thể so sánh độ sáng thực với độ sáng biểu kiến (quan sát từ Trái đất) để xác định khoảng cách tới ngôi sao đó. Siêu tân tinh loại Ia là những vụ nổ sao luôn tạo ra độ sáng lúc cực đại một giá trị không đổi. Sự ổn định của giá trị cường độ độ sáng cho phép những vụ nổ siêu tân tinh loại Ia được dùng làm những ngọn nến chuẩn để đo khoảng cách tới các thiên hà chủ bởi vì cấp sao biểu kiến của siêu tân tinh phụ thuộc cơ bản vào khoảng cách của chúng tới Trái đất.

Bằng cách đo khoảng 2.400 ngôi sao Cepheid trong 19 thiên hà và so sánh độ sáng quan sát được của cả hai loại sao, nhóm nghiên cứu đã đo chính xác độ sáng thực của chúng và tính được khoảng cách của khoảng 300 siêu tân tinh loại Ia trong các thiên hà xa xôi. Sau đó, họ so sánh những khoảng cách này với sự giãn nở của vũ trụ được đo bằng cách kéo dài bước sóng của ánh sáng tới từ các thiên hà đang lụi tàn. Nhóm nghiên cứu sử dụng hai giá trị này để tính toán tốc độ vũ trụ giãn nở theo thời gian, hay còn gọi là hằng số Hubble.

Thông qua đó, nhóm nghiên cứu đã tính toán rằng hằng số Hubble có giá trị là 73,2 km mỗi giây mỗi megaparsec (một megaparsec bằng 3,26 triệu năm ánh sáng). Giá trị mới này có nghĩa là khoảng cách giữa các thiên thể trong vũ trụ sẽ tăng gấp đôi sau mỗi 9,8 tỷ năm.

Tuy nhiên, giá trị hiệu chỉnh này lại là một vấn đề bởi vì nó không thực sự khớp với tốc độ giãn nở của vũ trụ đã được dự đoán từ quỹ đạo của nó được quan sát thấy trong khoảng thời gian ngắn sau vụ nổ Big Bang. Các phép đo bức xạ sau vụ nổ Big bang được thực hiện bởi tàu thăm dò vi sóng bất đẳng hướng Wilkinson (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - WMAP) và vệ tinh Planck của Cơ quan Vũ trụ châu Âu đều dự đoán hằng số Hubble nhỏ hơn khoảng 5-9%.

Có một số giải thích có thể cho tốc độ giãn nở này của vũ trụ. Một khả năng là năng lượng tối, đã được biết là tác nhân làm gia tăng sự giãn nở của vũ trụ, có thể đẩy các thiên hà cách xa nhau với cường độ thậm chí mạnh hơn, hoặc ngày càng gia tăng.

Một ý tưởng khác là vũ trụ chứa một hạt hạ nguyên tử mới di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng trong lịch sử sơ khai của nó. Các hạt di chuyển nhanh như vậy được gọi chung là “bức xạ tối” và bao gồm các hạt đã được biết trước đây như neutrino. Năng lượng bổ sung từ bức xạ tối có thể làm hỏng mọi nỗ lực dự đoán tốc độ giãn nở hiện nay dựa trên qũy đạo của nó sau vụ nổ Big bang.

Sự gia tăng này có thể cũng có nghĩa là vật chất tối có những tính chất kỳ lạ chưa từng được dự đoán. Vật chất tối là xương sống của vũ trụ mà nhờ đó các thiên hà tạo thành các cấu trúc quy mô lớn như hiện nay.

Và cuối cùng, sự giãn nở nhanh hơn của vũ trụ có thể cho thấy lý thuyết hấp dẫn của nhà thiên văn học Einstein là không hoàn chỉnh. “Chúng ta biết rất ít về những phần tối của vũ trụ,việc đo mức độ chúng đẩy và kéo nhau trong vũ trụ trong suốt lịch sử hình thành vũ trụ là rất quan trọng”, Lucas Macri của Đại học Texas A&M, một cộng tác viên chính của nghiên cứu cho biết.

N.L.H - NASATI (Theo Phys)