Phông nền vi sóng vũ trụ nhìn qua kính thiên văn vũ trụ WMAP. (Ảnh: NASA)
Sự dãn nở đang tăng tốc của vũ trụ không thể nào giải thích bởi Trái đất đang cư trú trong một cái hốc vũ trụ. Đó là kết luận của các nhà vật lí ở Trung Quốc và Mĩ, họ đã chứng tỏ rằng bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) không hề đi qua “bọt Hubble” trước khi đi tới Trái đất.
Vào năm 1997, cộng đồng vật lí học đã chấn động khi một nghiên cứu về sự chuyển động của những sao siêu mới ở xa cho thấy tốc độ dãn nở của vũ trụ đang tăng lên theo thời gian – thay vì giảm đi do sự co sập vào trong của sự hấp dẫn. Năng lượng tối là chất liệu bí ẩn mà nhiều nhà vật lí tin rằng đang gây ra sự dãn nở tăng tốc này, nhưng những lời giải thích khác cũng đã được nêu ra.
Các phép đo gia tốc này dựa trên nguyên lí Copernicus – quan niệm cho rằng vũ trụ là như nhau theo mọi hướng và Trái đất không nằm ở chỗ nào đặc biệt hết. Tuy nhiên, nguyên lí Copernicus có thể bị vi phạm nếu Trái đất nằm trong một cái bọt Hubble.
Bọt Hubble là một vùng đang dãn nở đều nhưng với tốc độ khác với phần còn lại của vũ trụ, phần còn lại đó cũng dãn nở đều. Nếu Trái đất nằm trong một cái bọt Hubble, thì sẽ có một gia tốc biểu kiến khi nhìn từ Trái đất – và không cần thiết viện dẫn đến khái niệm năng lượng tối.
Tuy nhiên, nay Pengjie Zhang ở Đài thiên văn Thượng Hải và Albert Stebbins thuộc Fermilab vừa phân tích CMB cho thấy một cái bọt Hubble như thế không hề tồn tại. Họ đã khảo sát cách thức trong đó các photon CMB, vốn được sinh ra từ khoảng 400.000 năm sau Big Bang, bị tán xạ bởi những electron tự do trong những đám mây khí khi bức xạ cổ truyền từ rìa của vũ trụ đến Trái đất.
Sự tán xạ này gây ra một sự thay đổi nhiệt độ của CMB gọi là hiệu ứng Sunyaev Zel'dovich (kSZ). kSZ cung cấp một số đo của mật độ và sự phân bố vận tốc của các electron mà CMB chạm phải khi nó truyền đến Trái đất.
Nguyên lí Copernicus phát biểu rằng vì vận tốc của các electron là ngẫu nhiên, nên sẽ làm cho kSZ triệt tiêu theo bất kì đường nhìn nào trong vũ trụ. Tuy nhiên, nếu Trái đất nằm tại tâm của một cái bọt Hubble, thì chuyển động tương đối của cái bọt so với phần còn lại của vũ trụ sẽ mang lại một sự dịch chuyển toàn cục của nhiệt độ CMB. Ngoài ra, thực tế các electron trong cái bọt đó có xu hướng tồn tại trong những cụm chất khí có nghĩa là kSZ cũng sẽ khác nhau theo những hướng khác nhau.
Hiệu ứng trên được trông đợi là rất nhỏ (khoảng một phần 100.000) và chỉ có thể phát hiện ra trong thang đo góc rất nhỏ (khoảng một phút cung). Những phép đo như vậy đã được thực hiện, sử dụng Kính thiên văn vũ trụ Atacama lẫn Kính vũ trụ Nam Cực, và nay Zhang và Stebbins vừa chứng tỏ rằng những phép đo này không chứa bằng chứng nào cho một cái bọt Hubble.
Bọt Hubble chỉ là một trong một số mô hình “rỗng” dành cho nguyên lí Copernicus để giải thích sự dãn nở đang tăng tốc của vũ trụ. Theo Zhang và Stebbins, bất kì mô hình rỗng nào mô tả các quan sát sao siêu mới đều có thể phát hiện ra trong kSZ và do đó nghiên cứu của họ bác bỏ phần lớn các mô hình rỗng.
Ngoài việc củng cố cách lí giải năng lượng tối, nghiên cứu mới này còn cho chúng ta biết đôi điều về bản chất của thực thể bí ẩn này. Theo Stebbins, “Nếu năng lượng tối không đồng đều như thường giả định, thì người ta có thể thấy nó trong sự dị hướng của CMB theo kiểu giống như trong các mô hình rỗng”.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Phys. Rev. Lett. 107 041301.
Nguồn: physicsworld.com
