Một nghiên cứu ánh sáng phát ra từ các đám thiên hà một lần nữa củng cố cho thuyết tương đối tổng quát, lí thuyết hấp dẫn nổi tiếng của Albert Einstein. Được thực hiện bởi các nhà vật lí ở Đan Mạch, họ đã đo sự lệch đỏ do hấp dẫn, nghiên cứu trên có vẻ bác bỏ một số mô hình thay thế khác của sự hấp dẫn – nhất là những mô hình phủ nhận sự tồn tại của vật chất tối.
Kể từ khi nó được công bố vào năm 1916, thuyết tương đối tổng quát đã ngạo nghễ vượt qua mọi nỗ lực thực nghiệm nhằm chứng minh nó sai. Trong mô hình “hằng số vũ trụ học và vật chất tối lạnh (ΛCDM) được ưa chuộng hiện nay của vũ trụ học, thuyết tương đối tổng quát đã giải thích thành công nhiều phương diện của vũ trụ, bao gồm phông nền vi sóng vũ trụ, sự hội tụ hấp dẫn và cấu trúc vĩ mô.
Tuy nhiên, lực hấp dẫn tác dụng lên vật chất bình thường không thể giải thích toàn bộ cấu trúc vĩ mô nhìn thấy trên trời. Các thiên hà dường như liên kết với nhau với vật chất tối vô hình, cái được cho là chiếm gần một phần tư toàn bộ khối lượng-năng lượng của vũ trụ. Và một thực thể còn ít được hiểu rõ hơn, năng lượng tối, dunwgf như đang làm tăng tốc sự dãn nở của vũ trụ, và được cho là chiếm gần ba phần tư khối lượng-năng lượng của vũ trụ. Trong khi đó, tỉ lệ tìm thấy trong vũ trụ của vật chất bình thường như các nguyên tử dường như chưa tới 5%.
Một đám thiên hà nhìn qua Kính thiên văn vũ trụ Hubble. (Ảnh: Kính thiên văn vũ trụ Hubble)
Lí thuyết không khỏe
Nhiều nhà vật lí muốn tìm hiểu bản chất của vật chất tối và năng lượng tối đúng trình tự. Tuy nhiên, những người khác thì tin rằng những khái niệm đơn thuần là những triệu chứng của một lí thuyết ốm yếu và đang đi tìm những mô hình thay thế khác của lực hấp dẫn có thể giải thích các quan sát mà không cần viện dẫn vật chất tối hay năng lượng tối. Một lựa chọn là động lực học Newton cải tiến (MOND), và đối tác khái quát hóa của nó, lí thuyết tensor-vector-vô hướng (TeVeS), lí thuyết bác bỏ nhu cầu vật chất tối. Một lí thuyết nữa là lực hấp dẫn f(R), thật sự loại bỏ hoàn toàn năng lượng tối.
Nay Radoslaw Wojtak cùng các đồng sự tại trường Đại học Copenhagen đã khai thác dữ liệu từ chương trình Khảo sát Bầu trời Số Sloan để kiểm tra những lí thuyết này so với nhau. Nghiên cứu tập trung vào sự lệch đỏ do hấp dẫn của các thiên hà bên trong những đám thiên hà. Đại lượng này mô tả các photon tiêu hao bao nhiêu năng lượng để rời khỏi một đám. Khi chúng rời khỏi và mất năng lượng, bước sóng photon dãn sang đầu đỏ của quang phổ. Điều quan trọng là những mô hình khác nhau của sự hấp dẫn dự đoán những lượng lệch đỏ khác nhau.
Thật không may, việc đo độ lệch đỏ do hấp dẫn thật chẳng dễ dàng gì. Có những nguồn khác của sự lệch đỏ bao gồm sự dãn nở của vũ trụ và chuyển động của riêng từng thiên hà bên trong một đám. Vì thế, Wojtak và các đồng sự đã tính độ lệch đỏ trung bình là một hàm của khoảng cách từ tâm đám – một quá trình sẽ loại trừ những nguồn gốc khác này.
MOND và TeVeS thất bại
Nhóm Copenhagen phát hiện thấy độ lệch đỏ phù hợp với dự đoán của thuyết tương đối tổng quát lẫn thuyết hấp dẫn f(R), lí thuyết cố gắng tránh né năng lượng tối. Tuy nhiên, thanh sai số trên độ lệch đỏ loại trừ MOND và TeVeS, những lí thuyết cố gắng tránh né vật chất tối. Điều này làm hồi sinh các kết luận của một nghiên cứu thiên hà độc lập thực hiện hồi đầu năm nay – nhưng nghiên cứu Copenhagen bổ sung thêm một kết luận rằng nó không xây dựng trên bất kì giả thuyết nào của mô hình ΛCDM đã được chấp nhận rộng rãi.
Tuy nhiên, những nhà thiên văn khác cho rằng nhóm Copenhagen không nhất thiết bác bỏ TeVeS. Hongsheng Zhao thuộc trường Đại học St Andrews ở Anh nghĩ rằng phát hiện của các nhà nghiên cứu trên “vẫn còn ở giai đoạn rất sớm”, và có thể có những biến thể khác của TeVeS mà họ không khảo sát đến.
Evan Scannapieco thuộc trường Đại học Arizona ở Tempe, Mĩ, thì nói phải có thêm dữ liệu mới có câu trả lời. Dữ liệu này có thể thu từ Euclid, một kính thiên văn vũ trụ theo kế hoạch sẽ được Cơ quan Vũ trụ châu Âu phóng lên vào năm 2017.
Nguồn: physicsworld.com
