Khám phá thiên văn mới: tốc độ giãn nở của vũ trụ lân cận đang gia tăng

Tác giả: Tiêu Lộ

[ChanhKien.org]

Hình ảnh các quasar (còn được gọi là chuẩn tinh – là các thiên thể cực xa và cực sáng với dịch chuyển đỏ rất đặc trưng) do kính thiên văn vũ trụ Hubble chụp lại, dùng để đo lường hằng số Hubble. Image: S. H. Suyu / TUM / MPA, K. C. Wong / Univ. Tokio; NASA; ESA）

Ngày 8 tháng 1 năm 2020, tại Hội nghị thường niên của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ lần thứ 235 tại Honolulu, Hawaii, Mỹ các nhà thiên văn học đã công bố kết quả mới nhất về việc đo tốc độ giãn nở của vũ trụ. Điều ngạc nhiên là kết quả mới này có sự sai khác rất lớn so với các kết quả quan trắc trước đó.

Kết quả quan trắc mới nhất được đo bằng phương pháp thấu kính hấp dẫn. Vì lực hấp dẫn các thiên hà trong vũ trụ, chúng giống như một chiếc kính lúp khổng lồ, phóng to và bẻ cong ánh sáng đến từ phía sau các thiên thể. Lợi dụng hiệu ứng này, các nhà thiên văn học có thể đo chính xác khoảng cách giữa các thiên hà và Trái đất.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng sự tốc độ mở rộng của vũ trụ lân cận được đo bằng phương pháp mới có sự khác biệt rất lớn so với tốc độ mở rộng của vũ trụ xa xôi được đo bằng phương pháp bức xạ nền vi sóng trước đó.

Tốc độ mở rộng của vũ trụ thường được mô tả bởi hằng số Hubble. Như mọi người đã biết giá trị chính xác của hằng số Hubble là rất quan trọng trong việc xác định tuổi, kích thước và sự diễn hóa của vũ trụ. Khám phá bí ẩn này là một trong những thách thức lớn nhất mà các nhà vật lý thiên văn đang phải đối mặt trong những năm gần đây. Kết quả nghiên cứu mới chỉ ra rằng có thể có một lỗ hổng rất lớn trong mô hình vũ trụ chúng ta biết hiện này, cần có một lý luận mới để giải thích sự khác biệt trong hằng số Hubble giữa các vũ trụ lân cận và vũ trụ xa xôi.

H0LiCOW là dự án tiến hành nghiên cứu đo lường hằng số Hubble mới, trong hai thập kỷ qua, Nhóm dự án đã cải tiến đáng kể kỹ thuật đo hằng số Hubble bằng thấu kính hấp dẫn.

Kết quả đo lường mới nhất của H0LiCOW và các dự án khác cho thấy, Hằng số Hubble của vũ trụ lân cận lớn hơn so với hằng số Hubble đối với vũ trụ xa xôi được đo lường bằng phương pháp bức xạ nền vi sóng của vệ tinh Planck satellite của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu.

Giáo sư Sherry Suyu, trưởng nhóm H0LiCOW, nhà nghiên cứu của Viện Vật lý thiên văn Max Planck, Đức, đồng thời cũng đang làm việc tại Viện nghiên cứu trung ương Đài Loan, cho biết: “Nếu những kết quả này không nhất quán, thì nó ngụ ý rằng chúng ta chưa hoàn toàn hiểu được vật chất và năng lượng phát triển theo thời gian như thế nào, đặc biệt là sự diễn hoá phát triển trong thời kỳ đầu”.

Nhóm H0LiCOW đã sử dụng kính viễn vọng Hubble để quan sát ánh sáng phát ra từ sáu Quasar. Kính viễn vọng quan sát làm thế nào mà ánh sáng từ mỗi loại tinh thể Quasar có thể thông qua dẫn lực bẻ cong của một thiên hà vòng ngoài khổng lồ để phóng to thành bốn hình ảnh. Các thiên hà được nghiên cứu cách thiên hà của chúng ta khoảng từ 3 tỷ đến 6,5 tỷ năm ánh sáng. Khoảng cách trung bình giữa các Quasar và trái đất là 5,5 tỷ năm ánh sáng.

Lộ tuyến của tia sáng đến từ hình ảnh của mỗi một thấu kính vũ trụ đến trái đất là khác nhau. Để lần theo từng lộ tuyến của nó, các nhà thiên văn học đã theo dõi tia sáng sản sinh ra khi các lỗ đen Quasar nuốt chửng vật chất. Khi tia sáng lóe lên, mỗi hình ảnh của thấu kính hấp dẫn sẽ sáng lên ở những thời điểm khác nhau.

Trình tự lóe sáng này cho phép các nhà nghiên cứu có thể đo được thời gian trễ giữa mỗi hình ảnh khi ánh sáng thấu kính truyền dọc theo đường đi của nó đến trái đất. Sau đó, các nhà thiên văn học có thể tính được khoảng cách từ các thiên hà đến các tinh thể Quasar, và tính được khoảng cách từ trái đất đến các thiên hà. Bằng cách so sánh các giá trị khoảng cách này, các nhà nghiên cứu đã đo lường tốc độ giãn nở của vũ trụ, bằng hằng số Hubble. Nhà nghiên cứu Kenneth Wong, thành viên của nhóm H0LiCOW đồng thời là nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý và Toán học Vũ trụ, Đại học Tokyo, Nhật Bản, đã nói: “Mức độ dài của mỗi thời gian trì hoãn đều hiển thị tốc độ giản nở của vũ trụ, nếu thời gian trễ càng, thì tốc độ giản nở của vũ trụ đó càng nhanh. Nếu thời gian dài, thì tốc độ giãn nở sẽ chậm hơn”.

Trị số Hubble được các nhà nghiên cứu tính toán là 73 km/giây trên mỗi Megaparsec (một Megaparsec là một triệu parsec, hoặc khoảng 3.3 triệu năm ánh sáng), sai số là 2.4％, Điều này có nghĩa, là do sự giãn nở của vũ trụ, cứ một thiên hà cách Trái đất 3,3 triệu năm ánh sáng, thì nó sẽ di chuyển ra xa chúng ta với tốc độ 73 km/giây.

Kết quả đo lường của nhóm nghiên này gần tương tự với giá trị Hằng số Hubble đo được của một nhóm nghiên cứu khác là SH0ES. Kết quả đo lường của SH0ES là dựa trên việc sử dụng các sao biến quang Cepheids và các siêu tân tinh để đo khoảng cách của các thiên hà.

Tuy nhiên, kết quả đo của hai nhóm này có sự chênh lệch rõ ràng so với kết quả hằng số Hubble được đo bằng vệ tinh Planck là khoảng 67 km/giây trên mỗi Megaparsec.

Trưởng nhóm dự án COSMOGRAIL, nhà nghiên cứu Frédéric Courbin của Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Lausanne, cho biết: “Một trong những thách thức mà chúng tôi đã khắc phục là thông qua một dự án có tên gọi COSMOGRAIL chuyên môn tiến hành các trình tự giám sát, để có được độ trễ thời gian của một trong số thiên thể Quasar thông qua hệ thống thấu kính.”

Bắt đầu từ năm 2012, nhóm H0LiCOW đã thu được hình ảnh Hubble và các thông tin về độ trễ thời gian của 10 tinh thể Quasar qua thấu kính dẫn lực cũng như là thấu kính thiên hà dẫn lực. Mục tiêu của nhóm là quan sát từ 30 hệ thống thấu kính chuẩn tinh Quasar trở lên, để giảm sai số xác xuất 2,4% của nó xuống 1%.

Nghiên cứu mới này cho thấy đang có những thay đổi lớn diễn ra trong vũ trụ lân cận, đồng thời tốc độ ngày càng nhanh.

Dịch từ: http://www.zhengjian.org/node/256360