Bản đồ vũ trụ lớn nhất củng cố quan điểm về năng lượng tối

Bản đồ 3D lớn nhất về vũ trụ tới nay củng cố niềm tin của các nhà thiên văn rằng 3/4 vũ trụ được tạo thành từ năng lượng tối.

Bản đồ lớn nhất về vũ trụ tới nay. Ảnh: Daniel Eisenstein/The SDSS-III collaboration

Nỗ lực mới nhất để hiểu được bản chất năng lượng tối là một bản đồ 3D về vũ trụ công bố hôm 14/7, theo Guardian. Đây là một bước quan trọng để phân tích tác động của năng lượng tối tới vũ trụ.

Các nhà thiên văn cho rằng chúng ta đang sống trong một vũ trụ mà mọi thứ, từ các ngôi sao, hành tinh và sinh vật, chỉ được tạo thành từ 2% nguyên tử quen thuộc.

Tuy nhiên, cũng như vật chất tối, chưa phòng thí nghiệm nào trên thế giới phát hiện ra năng lượng tối. Tác động của nó là quá yếu ở quy mô nhỏ, chỉ có thể hiển thị qua tích lũy sau hàng tỷ năm ánh sáng.

Bản đồ này do Trạm quan sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (SDSS) tạo ra, nhờ một kính thiên văn góc rộng đặt tại Đài quan sát Apache Point, bang New Mexico, tây nam nước Mỹ. SDSS bắt đầu khảo sát bầu trời từ năm 2012 và đang hợp tác với Đài quan sát Las Campanas ở Chile để mở rộng quan sát tới Nam Bán cầu.

Sau 5 năm quan sát, các nhà thiên văn học đã xác định được vị trí và khoảng cách của 1,2 triệu thiên hà trong một khoảng không gian có thể tích 650 triệu năm ánh sáng khối. Mỗi thiên hà lại có hàng trăm tỷ ngôi sao thể hiện bằng chấm sáng trên bản đồ.

Từ mô hình mà bản đồ tạo ra, có thể xác định được các tác động của năng lượng tối – đẩy các thiên hà ra xa nhau, ngược với tác động của lực hấp dẫn.

Do đó, phân bố của thiên hà trong vũ trụ là kết quả của tương tác giữa lực hấp dẫn và năng lượng tối.

Cụ thể, các nhà thiên văn đang tìm kiếm các gợn sóng hình cầu của dao động âm Baryon (BAO) – các thay đổi bất thường theo chu kỳ của mật độ vật chất thông thường trong vũ trụ sơ khai và nở rộng ra do tương tác giữa năng lượng tối và lực hấp dẫn.

Khi xác định được các gợn sóng này, các nhà thiên văn sẽ sử dụng máy tính để giải thích kích thước hiện tại của chúng, bằng cách thay đổi tổng lượng năng lượng tối trong vũ trụ cho tới khi kết quả mô phỏng giống với dữ liệu thực tế.

Đây là phương pháp được nhiều nhóm nghiên cứu độc lập với hàng trăm nhà thiên văn trên thế giới sử dụng. Kết hợp các kết quả cho thấy năng lượng tối dường như là một "hằng số vũ trụ", là một trường năng lượng liên tục trải ra khắp không gian.

Tuy nhiên câu hỏi về bản chất thực sự của năng lượng tối vẫn chưa được giải đáp. Đây là thách thức lớn nhất với các nhà vật lý và thiên văn hiện nay, khiến họ có thể phải xem xét lại các nền tảng cơ bản của vật lý.

Tác động của năng lượng tối chỉ được chú ý vào năm 1998, khi hai nghiên cứu độc lập cùng cho thấy tốc độ giãn nở của vũ trụ gia tăng. Sự giãn nở được giải thích là do năng lượng khổng lồ được giải phóng sau Big Bang, nhưng trước đó giới thiên văn học nhận định tốc độ này sẽ phải chậm lại do lực hấp dẫn.

Trong khi rất nhiều nhà thiên văn tin vào sự tồn tại của năng lượng tối và muốn xem xét lại ngọn ngành vật lý hiện đại, một số cho rằng câu trả lời đơn giản hơn nhiều. Theo họ, năng lượng tối chỉ là sản phẩm của một sự đơn giản hóa khi áp dụng Thuyết tương đối tổng quát của Einstein trong nghiên cứu vũ trụ. Nói cách khác, chúng ta đã tính sai tổng năng lượng tối và lỗi đó là kết quả của một trường mới chưa được khám phá.

Để tính tổng dễ hơn, các nhà thiên văn giả định vật chất phân bố đều trong không gian, điều này giúp tránh một vũ trụ "sần sùi" có thể làm phức tạp hóa tính toán. Nếu bỏ giả định này, không cần thiết phải có mặt năng lượng tối.

Vào năm 2020, Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) sẽ khởi động nhiệm vụ Euclid kéo dài 6 năm, với sự tham gia của hơn 1.000 nhà khoa học từ trên 100 viện nghiên cứu khắp 14 nước châu Âu. Vị trí, hình dạng, chuyển động của hai tỷ thiên hà trong hơn một phần ba bầu trời sẽ được đưa vào bản đồ.

Khi đã có được dữ liệu, các nhà khoa học theo hai quan điểm "năng lượng tối" và "vũ trụ sần sùi" sẽ phải chạy đua để đưa ra được mô phỏng chính xác nhất về vũ trụ.

Xem thêm: Cuộc đua tìm vật chất tối

Nguyễn Thành Minh