Có phải vũ trụ lúc ra đời đã quay tròn?

Vũ trụ có chiều ưu tiên?

Ảnh chụp Hubble này cho thấy thiên hà xoắn ốc NGC 4414, cách chúng ta chừng 60 triệu năm ánh sáng. Nó là một trong nhiều thiên hà xoắn ốc có một trục quay ưu tiên. (Ảnh: AURA/STScI/NASA)

Vũ trụ lúc ra đời đã quay tròn và tiếp tục quay xung quanh một trục ưu tiên – đó là kết luận chắc chắn của các nhà vật lí ở Mĩ, họ đã nghiên cứu chuyển động quay của hơn 15.000 thiên hà. Trong khi đa số các lí thuyết vũ trụ học đề xuất rằng – trên quy mô lớn – vũ trụ là như nhau theo mọi hướng, thì những kết quả mới này cho rằng vũ trụ sơ khai đã ra đời quay xung quanh một trục đặc biệt. Nếu đúng như thế, thì điều này cũng có nghĩa là vũ trụ không có đối xứng gương, mà có “tính thuận” ưu tiên trái hoặc phải.

Đứng đầu là Michael Longo ở trường Đại học Michigan, đội khoa học đã tiến hành kiểm tra đối xứng gwong, còn gọi là “tính chẵn lẻ”, có bị vi phạm trên những thang bậc lớn nhất hay không. Nếu một hạt vi phạm tính chẵn lẻ, thì ảnh gương của nó sẽ hành xử khác đi, và những hạt như thế có thể mô tả là thuận trái hoặc thuận phải. Tính chẵn lẻ bị vi phạm trong phân rã beta hạt nhân và có một sự ưu tiên mạnh trong tự nhiên đối với các amino acid thuận trái, chứ không thuận phải.

“Theo tôi biết, không ai từng nêu câu hỏi bản thân vũ trụ có một sự ưu tiên, thí dụ bên trái hay bên phải hay không. Ý tưởng của tôi là kiểm tra câu hỏi này bằng cách nhìn xem có một ý nghĩa ưu tiên nào trong chuyển động quay của những thiên hà hay không. Lúc đó, tôi không đánh giá cao lắm, nếu đúng như thế, thì có nghĩa là toàn bộ vũ trụ sẽ có một xung lượng góc toàn phần”, Longo giải thích.

Các thiên hà quay giống nhau

Longo và đội gồm năm sinh viên chưa tốt nghiệp của ông đã lập danh mục hướng quay của 15.158 thiên hà xoắn ốc với dữ liệu thu từ chương trình Khảo sát Bầu trời Số Sloan. Họ tìm thấy các thiên hà có một hướng quay ưu tiên – có nhiều thiên hà xoắn ốc đang quay theo hướng thuận trái hơn, hay ngược chiều kim đồng hồ, trong phần bầu trời nhìn về cực bắc của Dải Ngân hà. Kết quả trên mở rộng ra ngoài khoảng cách 600 triệu năm ánh sáng.

Số lượng nhiều hơn là nhỏ, chừng 7%, và Longo cho biết khả năng nó là một sự tình cờ vũ trụ là chừng một phần triệu. “Nếu các thiên hà có xu hướng quay theo một chiều nhất định, thì có nghĩa là toàn thể vũ trụ sẽ có một xung lượng góc toàn phần lớn. Vì xung lượng góc được bảo toàn, nên có lẽ [vũ trụ] lúc “ra đời” đã đang quay tròn”.

Điều này có tác động gì đối với Big Bang và vũ trụ đã ra đời như thế nào? Các nhà quan sát trong vũ trụ của chúng ta có thể không bao giờ nhìn thấy bên ngoài của nó, cho nên chúng ta không thể trực tiếp nói, trên nguyên tắc, vũ trụ có đang quay tròn hay không, Longo giải thích. “Nhưng nếu chúng ta có thể chứng tỏ rằng vũ trụ của chúng ta vẫn duy trì xung lượng góc ban đầu trong các thiên hà của nó, thì đó sẽ là bằng chứng rằng vũ trụ của chúng ta tồn tại bên trong một không gian lớn hơn và nó lúc ra đời đã đang quay tròn so với những vũ trụ khác”, ông nói. “Tôi hình dung Big Bang là đang ra đời có spin, giống hệt như proton hay electron có spin vậy. Khi vũ trụ dãn nở, xung lượng góc ban đầu sẽ phân tán trong những mảnh vật chất mà chúng ta gọi là thiên hà, cho nên các thiên hà ngày nay có xu hướng quay theo một hướng ưu tiên”, Longo giải thích. Khi được hỏi liệu chuyển động quay ưu tiên trên quy mô lớn đó có thể gây ra bởi những một số phương tiện khác hay không, ông đồng ý rằng, trong khi điều đó có lẽ là có thể, thì một spin vũ trụ toàn phần sẽ là lời giải thích đơn giản nhất và vì thế có khả năng là kịch bản tốt nhất.

Tìm kiếm ‘những biểu hiện khác’

Longo còn cho biết trục của sự bất đối xứng mà họ tìm thấy có liên hệ gần với những sự thẳng hàng quan sát thấy trong các phân bố phông nền vi sóng vũ trụ WMAP. Ông cảm thấy sẽ thật thú vị nếu chúng ta có tìm thấy “những biểu hiện khác” của một vũ trụ đang quay tròn.

Kính thiên văn Sloan hiện ở New Mexico, và do đó dữ liệu mà đội của Longo đã phân tích chủ yếu thu từ bán cầu bắc của bầu trời. Tuy nhiên, họ thật sự tìm thấy một xu hướng tương tự trong dữ liệu spin thiên hà thu từ bán cầu nam do Masanori Iye và Hajime Sugai biên soạn hồi năm 1991. Longo cùng những sinh viên của ông hiện đang khảo sát nhiều dữ liệu hơn để chỉ ra một sự vượt số lượng ngang như vậy của những thiên hà thuận phải ở bán cầu nam.

Neta Bahcall, một nhà thiên văn vật lí tại trường Đại học Princeton ở Mĩ, cảm thấy không có một bằng chứng chắc chắn cho một vũ trụ đang quay tròn. “Hướng spin của các thiên hà xoắn ốc có lẽ bị ảnh hưởng bởi những hiệu ứng hấp dẫn cục bộ khác”, bà nói. Bà tin rằng điều này có thể mang lại những tương quan nhỏ trong chuyển động quay spin trên những khoảng cách dưới khoảng 200 Mpc – trong khi vũ trụ có thể quan sát có kích cỡ khoảng 14 Gpc. Bà cảm thấy sai số trích dẫn trong bài báo chỉ bao hàm sai số thống kê tối thiểu và không có sai số hệ thống nào – như những hiệu ứng hấp dẫn cục bộ hoặc thực tế các thiên hà có tương quan với nhau – được xét đến.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physics Letters B 10.1016.

Nguồn: physicsworld.com