Tốc độ giãn nở của vũ trụ đang chậm lại

Đây là kết quả sơ bộ từ phép đo chính xác nhất về sự tiến hóa của vũ trụ được công bố ngày 4/4. Nếu được xác nhận, phát hiện này thì sẽ càng làm tăng thêm sự bí ẩn của năng lượng tối – và cho thấy hiểu biết của con người về vũ trụ vẫn còn thiếu những mảnh ghép quan trọng.

Những tín hiệu về tốc độ thay đổi của vũ trụ chúng ta đã được phát hiện bởi Thiết bị Quang phổ Năng lượng Tối (DESI), được đặt trên đỉnh kính thiên văn tại Đài quan sát Quốc gia Kitt Peak ở bang Arizona, Mỹ. DESI bao gồm 5.000 robot sợi quang – mỗi robot có thể quan sát một thiên hà trong 20 phút, từ đó cho phép các nhà thiên văn học vẽ ra bản đồ 3D lớn nhất từ trước đến nay của vũ trụ. Arnaud de Mattia, một thành viên lãnh đạo của nhóm giải thích dữ liệu DESI cho biết: “Chúng tôi đã đo vị trí của các thiên hà trong cả không gian và thời gian, bởi vì khoảng cách càng xa thì chúng ta càng quay ngược thời gian đến một vũ trụ non trẻ hơn”.

Chỉ cần năm đầu trong cuộc khảo sát kéo dài 5 năm, DESI đã vẽ một bản đồ bao gồm 6 triệu thiên hà và chuẩn tinh (quasar) bằng cách sử dụng ánh sáng chiếu xa tới 11 tỷ năm vào quá khứ của vũ trụ. Kết quả này được công bố tại các hội nghị ở Mỹ và Thụy Sĩ vào ngày 4/4, trước khi một loạt các bài báo khoa học được xuất bản trong Tạp chí Vũ trụ học và Vật lý Hạt thiên văn.

DESI đang thực hiện sứ mệnh làm sáng tỏ bản chất của năng lượng tối – một dạng năng lượng trên lý thuyết được cho là chiếm khoảng 70% vũ trụ. 25% của vũ trụ được cấu thành từ vật chất tối – bí ẩn không kém năng lượng tối, và 5% còn lại là vật chất thông thường – vốn là tất cả những gì chúng ta có thể nhìn thấy.

Một hằng số không ổn định?

Hơn một thế kỷ qua, các nhà khoa học đã xác định vũ trụ bắt đầu giãn nở sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang), diễn ra 13,8 tỷ năm trước. Nhưng vào cuối những năm 1990, các nhà thiên văn học đã bất ngờ phát hiện ra rằng vũ trụ từ đó vẫn đang giãn nở với tốc độ ngày càng tăng. Điều này là một bất ngờ bởi vì lực hấp dẫn từ vật chất – cả bình thường và tối – được cho là đã làm giảm tốc độ của vũ trụ. Nhưng rõ ràng có điều gì đó khiến vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh hơn, và thế lực bí ẩn này được gán cho cái tên “năng lượng tối”.

Gần đây, người ta phát hiện ra rằng sự tăng tốc của vũ trụ đã gia tăng đáng kể vào thời điểm 6 tỷ năm sau Big Bang. Mô hình vũ trụ chuẩn Lambda CDM cho thấy năng lượng tối có vẻ như đang chiếm ưu thế trong cuộc giằng co với vật chất tối. Theo mô hình này, sự giãn nở nhanh chóng của vũ trụ được gọi là “hằng số vũ trụ học”, liên quan chặt chẽ đến năng lượng tối. Giám đốc DESI Michael Levi tiết lộ, cho đến nay, kết quả sơ bộ của DESI cho thấy “sự đồng thuận cơ bản với mô hình vũ trụ chuẩn nhất của chúng ta… Nhưng chúng tôi cũng đang thấy một số khác biệt tiềm năng thú vị có thể chỉ ra rằng năng lượng tối đang phát triển theo thời gian”. Nói cách khác, dữ liệu “dường như cho thấy rằng hằng số vũ trụ học Lambda không thực sự là một hằng số”, bởi vì năng lượng tối sẽ thể hiện hành vi “cơ động” và thay đổi.

Vũ trụ có “dấu hiệu tuổi tác”?

Nhà nghiên cứu của DESI Christophe Yeche nhận định, phát hiện mới này có thể gợi ý rằng sau khi “vặn ga” mạnh vào thời điểm 6 tỷ năm sau Big Bang thì tốc độ giãn nở của vũ trụ đã “chậm lại gần đây”. Liệu năng lượng tối có thực sự thay đổi theo thời gian hay không sẽ cần được xác minh bởi nhiều dữ liệu hơn từ DESI và các thiết bị khác, như kính viễn vọng không gian Euclid. Nhưng nếu được xác nhận, hiểu biết của chúng ta về vũ trụ có thể sẽ phải thay đổi để thích nghi với xu hướng kỳ lạ này. Ví dụ, hằng số vũ trụ học có thể được thay thế bằng một loại trường của một hạt nào đó chưa được khám phá. Theo ông De Mattia, thậm chí chúng ta có thể cần cập nhật các phương trình của thuyết tương đối Einstein “để chúng hoạt động hơi khác một chút trên quy mô của các cấu trúc lớn,”.

Nhưng thời điểm đó còn rất xa. Lịch sử khoa học đầy rẫy những ví dụ thuộc dạng “những sai lệch kiểu này đã được quan sát và sau đó tìm ra câu trả lời”, ông De Mattia nhấn mạnh. Thuyết tương đối của Einstein đã chịu sự mổ xẻ khoa học suốt hơn một thế kỷ, và hiện vẫn mang tính thuyết phục mạnh mẽ hơn bao giờ hết.