Hai phân tích mới đề xuất rằng dấu hiệu của các gợn sóng Big Bang được công bố hồi tháng 3 là quá yếu để có ý nghĩa.
Các nhà thiên văn công bố hồi mùa xuân vừa rồi rằng họ đã tìm thấy bằng chứng của các sóng hấp dẫn nguyên thủy cũng đã châm ngòi tranh luận bởi vì họ chưa xét đến hiệu ứng nhiễu của bụi thiên hà – hai phân tích mới đề xuất. Mặc dù các quan sát sau đó có lẽ chưa tìm thấy tín hiệu nào do nhiễu, nhưng các chuyên gia độc lập cho biết họ không còn tin rằng dữ liệu gốc cấu thành nên bằng chứng có nghĩa.
Các nhà nghiên cứu cho biết hồi tháng 3 rằng họ đã tìm thấy một phân bố xoắn mờ nhạt trong phổ phân cực của bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB), ánh le lói của Big Bang, sử dụng một kính thiên văn vô tuyến đặt ở Nam Cực có tên gọi là BICEP2. Phân bố này, theo họ, là bằng chứng cho sóng hấp dẫn nguyên thủy, các gợn sóng trong kết cấu của không-thời gian phát sinh trong Vũ trụ sơ khai. Công bố khiến người ta hồ hởi bởi vì nó có vẻ xác nhận lí thuyết lạm phát vũ trụ, lí thuyết cho rằng vũ trụ đã tăng kích cỡ bộc phát trong phần nhỏ đầu tiên của một giây sau Big Bang.
Tuy nhiên, nay hai phân tích độc lập đề xuất rằng những phân bố xoắn đó trong phổ phân cực CMB có thể đơn giản là do bụi trong thiên hà Ngân hà gây ra.
“Dựa trên cái chúng ta biết vào lúc này... chúng ta không có bằng chứng nào ủng hộ hay phản bác sóng hấp dẫn,” phát biểu của nhà thiên văn vật lí Uroš Seljak tại trường Đại học California, Berkeley, một đồng tác giả của một trong hai nghiên cứu trên.
Nhưng James Bock, một nhà vật lí tại Viện Công nghệ California ở Pasadena và là một đồng tác giả của thí nghiệm BICEP2, cho biết mặc dù bài báo chính của nhóm ông đã được hiệu chỉnh dựa trên nhiều ý kiến bình phẩm và biên tập trước khi công bố, nhưng bằng chứng cho sóng hấp dẫn chắc chắn là không thể chối cãi.
Các kết quả BICEP2 “về cơ bản không có gì thay đổi”, Bock nói.
Dữ liệu sơ bộ do tàu vũ trụ Planck cung cấp về bụi thiên hà làm tán xạ bức xạ vi sóng
Bài phê bình xuất hiện hai tuần trước đây bởi Raphael Flauger, một nhà vật lí lí thuyết tại trường Đại học New York. Ông khảo sát lại một bản đồ phân cực bụi mà đội BICEP2 đã sử dụng trong phân tích của họ. Flauger kết luận rằng các nhà nghiên cứu BICEP2 có khả năng đã đánh giá thấp phần phân cực do bụi gây ra trong bản đồ vốn được biên soạn từ dữ liệu thu thập từ năm 2009 đến 2013 bởi phi thuyền vũ trụ Planck của Cơ quan Vũ trụ châu Âu. Flauger cho biết xét đầy đủ vai trò của bụi thì tín hiệu có thể quy cho sóng hấp dẫn hoặc là biến mất hoặc là bị mờ đi rất nhiều.
“Tôi từng cho rằng kết quả đó rất an toàn,” Alan Guth phát biểu với tạp chí Nature sau khi biết qua kết luận của Flauger. Ông là nhà vũ trụ học đầu tiên đề xuất khái niệm lạm phát vũ trụ hồi năm 1980, và đang làm việc tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge. “Bây giờ thì tình thế đã thay đổi.”
Tấm bản đồ đó được lập theo chỉ một trong sáu mô hình mà đội BICEP2 đã sử dụng để khảo sát vai trò của bụi trong các kết quả của họ.
Nhưng trong một nghiên cứu đăng tải hôm 28 tháng 5 trên server bản thảo arXiv, Flauger và các đồng tác giả của ông, David Spergel và Colin Hill, cả hai đều đang làm việc tại trường Đại học Princeton ở New Jersey, đặt nghi ngờ vào các mô hình còn lại. Bài báo cho biết vai trò của bụi thiên hà đã bị đánh giá thấp – từ 3,5% đến 5% độ phân cực toàn phần.
Thông tin mới, dựa trên những bản đồ Planck chi tiết hơn được công bố sau khi đội BICEP2 tiến hành phân tích của họ, đề xuất rằng phần phân cực do bụi là gần 8 – 15%, theo lời Spergel. Tỉ lệ phần trăm cao hơn đó là một kết quả ngoại suy, vì các bản đồ Planck mới nhất không bao gồm vùng cực nam của bầu trời mà BICEP2 đã khảo sát.
Độ chênh lệch giữa 3,5% và 8% trông có vẻ nhỏ, nhưng nó trở nên đáng kể vì tín hiệu mà BICEP2 phát hiện phụ thuộc vào bình phương của phần phân cực đó, Spergel cho biết.
Với các con số cập nhật đó, “chưa có bằng chứng nào cho việc phát hiện ra sóng hấp dẫn cả,” Spergel quả quyết. “Nó khớp với bụi.” Nhưng một kết luận cuối cùng thì chưa thể nêu ra được cho đến khi một bản đồ bụi chính xác được công bố - dự kiến thì đội Planck sẽ công bố vào tháng 10 tới.
“Bụi có thể giải thích cho toàn bộ hoặc phần lớn tín hiệu” mà đội BICEP2 chứng kiến, phát biểu của Paul Steinhardt, một nhà vũ trụ tại Đại học Princeton, người không có liên quan gì với hai nghiên cứu mới trên.
Lúc bài viết này lên sàn phát hành, Bock phát biểu với Nature rằng ông không có đủ thời gian để đọc bài báo của Flauger, Spergel và Hill, vì các tác giả gửi cho ông và các thành viên khác của đội BICEP2 chỉ vài giờ trước khi nó được xuất bản trực tuyến.
Trong phân tích thứ hai, SelJak và người đồng sự Berkeley của ông, Michael Mortonson, chọn một cách tiếp cận bảo thủ hơn để xét kĩ lưỡng các kết quả BICEP2. Với lượng phân cực do bụi ở vùng cực nam vẫn chưa được đo, Seljak và Mortonson ràng buộc phân tích của họ với một đại lượng đã biết – cường độ vi sóng do bụi phát ra trên những cấp không gian khác nhau trên bầu trời. Khi giả sử cường độ bụi biến thiên theo kiểu giống nhau ở mọi phần của bầu trời, kể cả Cực Nam, các nhà nghiên cứu tìm thấy không có bằng chứng rõ ràng nào rằng tín hiệu BICEP2 phải là do sóng hấp dẫn.
Seljak và Mortonson cũng đã khảo sát lại dữ liệu về cường độ tín hiệu BICEP2 phát hiện biến thiên theo tần số vi sóng. Đội BICEP2 cho rằng cường độ tín hiệu ghi được ở 150 gigahertz, khi so với dữ liệu ghi được bởi một kính thiên văn cũ hơn, BICEP1, ở 100 gigahertz, thì không khớp với phân bố cường độ được trông đợi từ bụi. Kết quả đó có vẻ nghiêng về sóng hấp dẫn hơn là bụi với tỉ lệ 11:1.
Nhưng Seljak và Mortonson cho biết đội BICEP2 đã không loại trừ dữ liệu trên những cấp không gian nhỏ trong phân tích tần số của họ. Đó là một vấn đề, Seljak nói, bởi vì trên những cấp không gian nhỏ, sự hội tụ hấp dẫn – sự bẻ cong ánh sáng do những vật thể khối lượng lớn gây ra – nhại lại y hệt phân bố phân cực xoắn mà sóng hấp dẫn để lại trên các cấp không gian lớn hơn.
Giải thích theo tín hiệu hội tụ hấp dẫn thì tín hiệu sóng hấp dẫn nguyên thủy so với bụi dẫn tỉ số chưa tới 2:1, nói cách khác thì chẳng có ý nghĩa gì cả, Seljak nói.
Đội BICEP2 không có phản hồi gì trước một vài yêu cầu bình luận cho bài báo mà Seljak và Mortonson nêu ra.
Seljak cho biết dữ liệu được trông đợi sẽ sớm có từ Keck Array, một kính thiên văn tại Nam Cực do đội BICEP2 xây dựng, có thể cung cấp một phép kiểm tra kiểu quỳ tím cho bản chất đích thực của tín hiệu BICEP2.
Bock cho biết ông và các đồng sự BICEP2 đang hăm hở chờ đợi bản đồ Planck vào mùa thu này, và đã có trong tay dữ liệu 95 và 150 gigahertz từ kính thiên văn Keck Array.
Nguồn: Ron Cowen – Nature, doi:10.1038/nature.2014.15322
Tham khảo:
1. Mortonson, M. M. & Seljak, U. Bản thảo tại http://arxiv.org/abs/1405.5857 (2014).
2. Flauger, R., Hill, J. C. & Spergel, D. N. Bản thảo tại http://arxiv.org/abs/1405.7351 (2014)
