Phải chăng vũ trụ chẳng hề có năng lượng tối, vật chất tối ?

Nghiên cứu mới của các nhà thiên văn ở Khoa Vật lí, Đại học Durhm, cho thấy sự uyên thâm lâu nay của người ta về thành phần của Vũ trụ có lẽ là sai lầm.

alt

Các nguồn vô tuyến chưa phân giải do Sawangwit và Shanks sử dụng để đo tác dụng của sự trơn hóa dữ liệu kính thiên văn được đánh dấu trên bản đồ WMAP CMB (các vòng tròn hở). Sawangwit và Shanks nhận thấy các nguồn vô tuyến gợi ý sự san phẳng của kính thiên văn lớn hơn so với trước đây tìm thấy, cho thấy cỡ gợn sóng CMB có lẽ là nhỏ hơn. (Ảnh: NASA/WMAP/Đại học Durham)

Nghiên cứu sinh Utane Sawangwit và giáo sư Tom Shanks đã khảo sát các quan sát từ vệ tinh Tàu khảo sát Vi sóng Phi đẳng hướng Wilkinson (WMAP) để nghiên cứu tàn dư nhiệt từ thời Big Bang. Hai nhà khoa học tìm thấy bằng chứng cho thấy các sai số trong bộ dữ liệu có lẽ lớn hơn nhiều so với người ta nghĩ trước đây, cái hóa ra khiến cho mô hình chuẩn của Vũ trụ thành câu hỏi mở. Đội nghiên cứu công bố các kết quả của họ trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Phóng lên hồi năm 2001, WMAP đo các chênh lệch trong bức xạ Phông Vi sóng Vũ trụ (CMB), nhiệt tàn dư của Big Bang choán đầy Vũ trụ và xuất hiện từ khắp bầu trời. Kích cỡ góc của các gợn sóng trong CMB được cho là có liên quan với thành phần của Vũ trụ. Các quan sát của WMAP cho thấy các gợn sóng đó khoảng bằng hai lần kích thước Mặt trăng tròn, hay khoảng chừng một độ bề ngang.

Với những kết quả này, các nhà khoa học kết luận rằng vũ trụ cấu tạo gồm 4% vật chất ‘bình thường’, 22% vật chất ‘tối’ hay không nhìn thấy và 74% ‘năng lượng tối’. Cuộc tranh luận về bản chất đích thực của ‘mặt tối’ của Vũ trụ - vật chất tối và năng lượng tối – tiếp tục cho đến ngày nay.

Sawangwit và Shanks sử dụng các vật thể thiên văn xuất hiện dạng những điểm chưa phân giải trong các kính thiên văn vô tuyến để kiểm tra cách thức kính thiên văn WMAP trơn hóa các bản đồ của nó. Họ tìm thấy sự trơn hóa đó lớn hơn nhiều so với trước đây người ta tin, cho thấy phép đo của nó về kích cỡ của các gợn sóng CMB không chính xác như người ta nghĩ. Nếu đúng như vậy thì kết quả này có nghĩa là các gợn sóng ấy nhỏ hơn đáng kể, cái có thể gợi ý rằng vật chất tối và năng lượng tối chẳng hề có.

Giáo sư Shanks nhận xét, “Các quan sát CMB là một công cụ rất có sức mạnh đối với vũ trụ học và nó là thiết yếu để kiểm tra các kết quả có hệ thống. Nếu các kết quả của chúng tôi tỏ ra là đúng, thì sẽ ít có khả năng cho năng lượng tối và các hạt vật chất tối kì lạ thống trị Vũ trụ. Vì thế bằng chứng rằng Vũ trụ có ‘Mặt tối’ sẽ càng tối hơn!”

Ngoài ra, các nhà thiên văn Durham gần đây đã hợp tác với một đội khoa học quốc tế có nghiên cứu đề xuất rằng cấu trúc của CMB có lẽ không cung cấp sự kiểm tra độc lập có tính xác thực cho sự có mặt của năng lượng tối như người ta vẫn nghĩ.

Nếu năng lượng tối thật sự tồn tại, thì điều tối hậu là nó làm cho sự giãn nở của Vũ trụ tăng tốc. Trên hành trình của chúng từ CMB đến các kính thiên văn như WMAP, các photon (các hạt cơ bản của bức xạ điện từ trong đó có ánh sáng và sóng vô tuyến) đã truyền qua các siêu đám thiên hà khổng lồ. Thông thường, một photon CMB ban đầu bị dịch xanh (cực đại của nó dịch về phía đầu xanh của quang phổ) khi nó đi vào siêu đám và rồi bị dịch đỏ khi nó đi ra, cho nên hai hiệu ứng triệt tiêu nhau. Tuy nhiên, nếu các siêu đám thiên hà đang tăng tốc ra xa nhau vì năng lượng tối, thì sự triệt tiêu đó không chính xác, nên các photon vẫn hơi bị dịch xanh sau khi chúng đi qua. Các nhiệt độ cao hơn một chút sẽ xuất hiện trong CMB nơi các photon đi qua các siêu đám.

Tuy nhiên, các kết quả mới, phân tích trên Khảo sát Bầu trời Số Sloan đã khảo sát 1 triệu thiên hà đỏ sáng, cho thấy không có hiệu ứng nào như thế được trông thấy, một lần nữa đe dọa mô hình chuẩn của Vũ trụ.

Utane Sawangwit cho biết, “Nếu kết quả của chúng tôi được lặp lại trong những khảo sát thiên hà mới ở Bán cầu Nam thì đây có thể sẽ là những trở ngại thật sự cho sự tồn tại của năng lượng tối”.

Nếu Vũ trụ thật sự không có ‘mặt tối’, thì một số nhà vật lí lí thuyết sẽ thở phào nhẹ nhõm. Việc có một mô hình phụ thuộc vào các hạt kì lạ cho đến nay chưa phát hiện ra cấu tạo nên vật chất tối và năng lượng tối hoàn toàn bí ẩn khiến nhiều nhà khoa học cảm thấy không thoải mái. Nó cũng loại bỏ những trở ngại cho sự ra đời của các ngôi sao trong các thiên hà, với năng lượng ‘hồi tiếp’ để cản trở sự hình thành của chúng bằng với năng lượng do lực hấp dẫn cung cấp để giúp chúng hình thành.

Giáo sư Shanks kết luận, “Vấn đề là mô hình chuẩn với năng lượng tối khó hiểu của nó và vật chất tối sẽ vẫn tồn tại – nhưng cần kiểm tra nhiều hơn. Vệ tinh Planck của châu Âu, gần đây đã được phóng lên để thu thập nhiều dữ liệu CMB hơn sẽ cung cấp những thông tin thiết yếu mới và giúp chúng ta trả lời những câu hỏi cơ bản này về bản chất của Vũ trụ mà chúng ta đang sống”.