Lần đầu tiên tôi cảm thấy rất hứng khởi khi nghe những thông tin thực nghiệm đầu tiên về Lãm phát vũ trụ (Cosmic Inflation) được tìm thấy. Vì đây là vấn đề mà tôi đã theo đuổi cũng khá lâu (đầu những năm 2010). Nhưng thực tế mọi thứ chỉ là lý thuyết, chưa hề có một bằng chứng nào.
Ngay cả A. Guth (một trong những người đầu tiên đưa ra lý thuyết Lạm phát) cũng cho rằng "loài người đã lở cơ hội nhìn thấy Inflaton-hạt giả định tồn tại trong thời kỳ lạm phát", đồng nghĩa là việc tìm ra những bằng chứng là rất khó khăn. Con người hay các nhà khoa học chỉ có một sợi chỉ duy nhất là CMB (bức xạ nền vũ trụ) để tìm ra mọi thứ liên quan đến Lạm phát nên rất rất khó.
Nhưng thật ngở ngàng, nhưng thật tuyệt vời khi nghe được là có bằng chứng đầu tiên cho Lạm phát vũ trụ và nhóm dự án BICEP2 vào ngày 17/03/2014. Dưới đây là một bài của CFA (Center for astrophyscis) nói về dự án BICEP2, một dự an dùng kính thiên văn vô tuyến BICEP2 đặt tại Nam cực để đo CMB.
Gần 14 tỷ năm trước, vũ trụ chúng ta đang sống, tồn tại trong một sự kiện đặc biệt mà bắt đầu là vụ nổ Big Bang. Trong phần thoáng qua đầu tiên của một giây, vũ trụ giãn nở theo cấp số nhân, sự mở rộng này quá khả năng quan sát của kính thiên văn tốt nhất hiện nay. Tất cả điều này, tất nhiên, chỉ là lý thuyết.
Các nhà nghiên cứu trong dự án BICEP2 hôm nay công bố các bằng chứng trực tiếp đầu tiên về lạm phát vũ trụ. Dữ liệu của họ cũng mô tả những hình ảnh đầu tiên của sóng hấp dẫn, hoặc những gợn sóng trong không-thời gian. Các sóng này đã được mô tả như là "chấn động đầu tiên của Big Bang". Cuối cùng, các dữ liệu xác nhận một kết nối sâu sắc giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng.
"Phát hiện tín hiệu này là một trong những mục tiêu quan trọng nhất trong vũ trụ học hôm nay. Rất nhiều công việc của rất nhiều người đã dẫn đến thời điểm này," John Kovac (Trung tâm Harvard- Smithsonian), nhà lãnh đạo của BICEP2 nói.
Bằng kính thiên văn BICEP2, cho thấy những kết quả đột phá khi quan sát bức xạ nền vũ trụ - một ánh sáng yếu ớt còn sót lại từ vụ nổ Big Bang. Biến động nhỏ trong hào quang này cung cấp manh mối về các điều kiện trong vũ trụ sơ khai. Ví dụ, sự khác biệt nhỏ trong nhiệt độ trên bầu trời cho thấy nơi các bộ phận của vũ trụ là dày đặc hơn, cuối cùng ngưng tụ thành các thiên hà và các cụm thiên hà.
Vì bức xạ nền vũ trụ là một dạng ánh sáng, nó thể hiện tất cả các tính chất của ánh sáng, bao gồm cả phân cực. Trên trái đất, ánh sáng mặt trời bị tán xạ bởi khí quyển và trở nên phân cực, đó là lý do kính phân cực giúp giảm chói. Trong không gian, bức xạ nền vũ trụ bị phân tán bởi các nguyên tử và điện tử và trở nên phân cực mạnh.
"Nhóm chúng tôi bị thu hút bởi một loại phân cực đặc biệt được gọi là "B- mode”, đặc trưng cho một thành phần xoắn hoặc curl trong định hướng phân cực của ánh sáng cổ đại", đồng tác giả Jamie Bock (Caltech/JPL) cho biết.
Sóng hấp dẫn bóp không gian khi nó đi qua và sức ép này tạo ra một khác biệt trong bức xạ nền vũ trụ. Sóng hấp dẫn có một tính "thuận tay", giống như sóng ánh sáng, và có thể có phân cực trái và phải.
"Các thành phần B-mode xoáy là một tín hiệu duy nhất của sóng hấp dẫn vì tính phân cực của chúng. Đây là hình ảnh trực tiếp đầu tiên của sóng hấp dẫn trên bầu trời nguyên thủy", đồng tác giả Chao- Lin Kuo (Stanford/SLAC) cho biết.
Nhóm đã nghiên cứu quy mô (scale) không gian trên bầu trời kéo dài khoảng 1-5 độ (2-10 lần chiều rộng của Mặt Trăng). Để làm điều này, họ đến Nam Cực để tận dụng lợi thế của không khí khô lạnh, ổn định của nó.
"Nam Cực là nơi trên mặt đất gần nhất bạn có thể nhận được không gian" Kovac nói. "Đó là một trong những địa điểm khô hạn nhất và rõ ràng nhất trên trái đất, hoàn hảo cho việc quan sát bức xạ nền mờ nhạt từ vụ nổ Big Bang.".
Họ rất ngạc nhiên khi phát hiện một tín hiệu phân cực B-mode mạnh hơn đáng kể so với nhiều nhà vũ trụ học dự kiến. Nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu của họ trong hơn ba năm trong một nỗ lực để loại trừ bất kỳ lỗi nào. Họ cũng xem xét liệu bụi trong thiên hà của chúng ta có thể sản xuất các tín hiệu trong quan sát, nhưng dữ liệu cho thấy điều này là rất khó.
Dự Án BICEP2 tại Nam cực
"Điều này như tìm kim đáy bể, nhưng thay vào đó chúng tôi tìm thấy một xà beng", đồng tác giả Clem Pryke (Đại học Minnesota) cho biết.
Khi được hỏi nhận xét về ý nghĩa của phát hiện này, Nhà lý thuyết của ĐH Harvard, Avi Loeb nói, "Công việc này cung cấp hiểu biết mới về một số câu hỏi cơ bản nhất của chúng ta: Tại sao chúng ta tồn tại? Vũ trụ bắt đầu như thế nào? Những kết quả này không chỉ là một minh chứng cho lạm phát, chúng nó cũng cho chúng ta biết khi lạm phát xảy ra và quá trình này mạnh mẽ như thế nào".
BICEP2 là giai đoạn thứ hai của một chương trình phối hợp, các thí nghiệm mảng BICEP và KECK , là các co- PI. Bốn PI là John Kovac (Harvard), Clem Pryke (UMN), Jamie Bock (Caltech/JPL), và Chao- Lin Kuo (Stanford/SLAC ). Tất cả đã làm việc cùng nhau trên kết quả hiện tại, cùng với đội ngũ tài năng sinh viên và các nhà khoa học. Cơ quan cộng tác lớn khác trong BICEP2 bao gồm Đại học California tại San Diego, Đại học British Columbia, Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ, Đại học Toronto, Đại học Cardiff, Commissariat à l' Energie Atomique.
BICEP2 được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF). NSF cũng chạy trạm Nam Cực nơi BICEP2 và các kính thiên văn khác được sử dụng trong công việc này. Các Keck Foundation cũng góp phần tài trợ chính cho việc xây dựng kính viễn vọng của đội. NASA , JPL , và Moore Foundation hào phóng hỗ trợ sự phát triển của mảng máy dò siêu nhạy cảm mà thực hiện những phép đo có thể.
David A. Aguilar
Christine Pulliam
Dịch Bời Võ Quốc Phong
Nguyên văn bài viết "First Direct Evidence of Cosmic Inflation" tại: http://www.cfa.harvard.edu/news/2014-05 .
Các bài báo và dữ liệu được công bố bởi BICEP2 xem tại đây: http://bicepkeck.org
