Kiến giải mới về "năng lượng tối" thay đổi dự đoán thảm khốc cho vũ trụ

Đã hơn hai thập niên kể từ khi chúng ta phát hiện ra năng lượng tối. Kể từ đó, các nhà khoa học đã có hơn 20 năm để giải mã bí mật của thế lực vô hình dường như đang kéo mọi vật thể trong vũ trụ ra xa nhau. Tuy nhiên, họ vẫn gần như không biết gì về nó. Trên thực tế, năng lượng tối thậm chí có thể không phải là một vật chất. Nó có thể là một dạng lực hoặc thậm chí là một thuộc tính nội tại của chính không gian.

Đảo lộn mô hình cũ

Ví dụ, mô hình chuẩn của vũ trụ học – lý thuyết hàng đầu của chúng ta về tiến hóa vũ trụ – cho rằng năng lượng tối là không dao động trong vũ trụ và xuyên suốt thời gian, khiến nó trở thành một tính chất cơ bản của không gian.

Theo mô hình giả định này, năng lượng tối bí ẩn chiếm tới 70% vũ trụ sẽ kéo tất cả các thiên hà ra xa nhau, rồi các ngôi sao, các hành tinh, mọi vật chất đều bị xé nát đến mức electron tách rời nguyên tử, các proton và notron cũng tách rời hạt nhân, thậm chí các hạt hạ nguyên tử cũng bị xé nát đến mức vũ trụ chỉ còn toàn các hạt photon. Tuy nhiên, cuộc khảo sát lớn nhất về lịch sử vũ trụ của vũ trụ có thể chỉ ra rằng năng lượng tối, còn được gọi là lực “phản trọng lực” giả định, có thể tiến hóa theo thời gian thay vì không đổi như giả định, gợi ý về một tương lai bớt ảm đạm hơn cho số phận của vũ trụ.

Nếu kết quả ban đầu này phù hợp với những quan sát trong tương lai, thì ít nhất các nhà vũ trụ học có thể phải khám phá những sai số mang tính hệ thống trong mô hình Lambda CDM (LCDM) đang thịnh hành, một mô hình toán học của vũ trụ trong đó lambda đại diện cho năng lượng tối. Họ cũng có thể cần phải bắt đầu sàng lọc hàng chục mô hình khác về vũ trụ của chúng ta để tìm ra mô hình thực sự phù hợp nhất. Tuy nhiên, phát hiện này chỉ mang tính dự đoán - nó chưa đạt tới cái được gọi là "ngưỡng 5 sigma", xác định liệu một tín hiệu có thể được coi là một khám phá chính thức hay không. Vì vậy, những cách giải thích liên tục xuất hiện về sự tiến hóa của năng lượng tối có thể thay đổi khi có nhiều dữ liệu hơn

Chuyên gia Dillon Brout thuộc Đại học Boston, người đo gia tốc của vũ trụ bằng các siêu tân tinh, cho biết: “Nếu điều này là đúng thì điều này sẽ làm đảo lộn vũ trụ học. Một khám phá như vậy sẽ là sự thay đổi suy nghĩ của chúng ta về mô hình vũ trụ”.

Đèn đường của vũ trụ

Đặt trụ sở tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak của Arizona, nhóm hợp tác khai thác Thiết bị quang phổ năng lượng tối (DESI), xác định chính xác vị trí của một triệu thiên hà mỗi tháng. Thông qua những quan sát này, các nhà vũ trụ học có thể đo được tốc độ giãn nở của vũ trụ khi nó tăng tốc trong 11 tỉ năm qua. Những thiên hà xa xôi này, có thể được ví như “đèn đường của vũ trụ”, đang giúp các nhà vũ trụ học nghiên cứu bí ẩn năng lượng tối lan tỏa khắp vũ trụ.

Và vào hôm 4.4, nhóm hợp tác DESI đã chia sẻ bản đồ 3D lớn nhất từ trước đến nay về vũ trụ. Trong đó gồm cả các phép đo có độ chính xác cao về tốc độ giãn nở của vũ trụ trong 11 tỉ năm qua. Chỉ trong năm đầu tiên hoạt động, DESI đã chứng tỏ khả năng đo lường lịch sử giãn nở của vũ trụ sơ khai mạnh gấp đôi so với thiết bị thế hệ trước (Thiết bị Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan, mất hơn một thập niên để xây dựng một bản đồ 3D tương tự).

Ngoài vô số thiên hà tập trung lại với nhau như những sợi dây thắt nút, bản đồ 3D mới của DESI còn làm nổi bật một mô hình mờ nhạt trong vũ trụ sơ khai được gọi là Dao động Baryon hay BAO. Những nếp 3D này đã thể hiện dòng vật chất tồn tại trong 380.000 năm đầu tiên của lịch sử vũ trụ, đóng băng theo thời gian và biến thành tàn tích của vũ trụ sơ sinh. Bằng cách lập bản đồ kích thước của các BAO bị đóng băng đó, các nhà nghiên cứu đã ước tính được khoảng cách đến các thiên hà và suy ra tốc độ giãn nở của vũ trụ tại nhiều thời điểm khác nhau.

Bởi những thiên hà đó nằm rất xa chúng ta và ánh sáng mà chúng phát ra có cường độ tương đối thấp nên rất khó quan sát. Để giải quyết chuyện này, nhóm hợp tác DESI cũng đã nghiên cứu hơn 400.000 vật thể cực sáng gọi là quasar. Khi ánh sáng từ những vật thể này lướt qua không gian giữa các vì sao, nó sẽ bị các đám mây khí và bụi hấp thụ, giúp các nhà vũ trụ học lập bản đồ các túi vật chất đậm đặc theo cách tương tự như lập bản đồ các thiên hà.

Andreu Font-Ribera, nhà khoa học tại Viện Vật lý Năng lượng Cao ở Tây Ban Nha và là thành viên của nhóm hợp tác DESI, cho biết: “Nó cho phép chúng ta nhìn xa hơn về thời điểm vũ trụ còn rất trẻ. Đó là một phép đo thực sự khó thực hiện và thật tuyệt khi thấy nó thành công. Nếu điều này là có thật, chúng ta đang ở trong lãnh địa chưa từng được khám phá".

Kết luận sơ bộ rằng năng lượng tối có thể tiến hóa theo thời gian xuất phát từ phân tích ban đầu về dữ liệu DESI kết hợp với các dữ liệu vũ trụ khác. Các nhà nghiên cứu nhận thấy một mô hình năng lượng tối khác với mô hình tiêu chuẩn nhưng phù hợp hơn với dữ liệu mà họ có. Cũng phải nói thêm rằng, không có tập dữ liệu đơn lẻ nào tiết lộ một cách thuyết phục bản chất tiến hóa theo thời gian của năng lượng tối, nhưng dự đoán sẽ trở nên thuyết phục hơn một chút khi tất cả các tập dữ liệu được kết hợp.

Kyle Dawson, thuộc nhóm hợp tác DESI nhận định: “Tôi không cho rằng mô hình Lambda CDM là sai. Tuy nhiên, từ phân tích ban đầu, có vẻ như năng lượng tối đang chuyển từ vai trò là động lực không đổi làm vũ trụ tăng tốc giãn nở sang (một thế lực) giảm dần ở một mức độ nào đó”.

Nếu vậy thì tương lai vũ trụ không theo bi kịch một "Vụ xé lớn" với tất cả vật chất bị xé toạc. Tuy nhiên, Vụ xé lớn, Vụ co lớn hay Vụ đông lớn đều chỉ là giả thuyết về cái kết của vũ trụ trong hàng tỉ tỉ năm nữa.