Vũ trụ hóa ra là sai

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Các nhà vũ trụ học đang phải đối mặt với một vấn đề khoa học nghiêm trọng, nó chỉ ra sự không hoàn hảo trong kiến thức của con người về Vũ trụ. Sự phức tạp liên quan đến một thứ có vẻ tầm thường như tốc độ mở rộng của Vũ trụ. Thực tế là các phương pháp khác nhau chỉ ra những ý nghĩa khác nhau - và cho đến nay không ai có thể giải thích sự khác biệt kỳ lạ.

Bí ẩn vũ trụ

Hiện nay, mô hình vũ trụ tiêu chuẩn "Lambda-CDM" (ΛCDM) mô tả chính xác nhất sự tiến hóa và cấu trúc của vũ trụ. Theo mô hình này, vũ trụ có hằng số vũ trụ dương khác không (thuật ngữ lambda) gây ra sự giãn nở có gia tốc. Ngoài ra, ΛCDM giải thích cấu trúc quan sát được của CMB (nền vi sóng vũ trụ), sự phân bố của các thiên hà trong Vũ trụ, sự phong phú của hydro và các nguyên tử nhẹ khác, và tốc độ giãn nở chân không. Tuy nhiên, sự khác biệt nghiêm trọng về tỷ lệ mở rộng có thể cho thấy sự cần thiết phải thay đổi mô hình một cách triệt để.

Nhà vật lý lý thuyết Vivian Poulin thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp và Phòng thí nghiệm Vũ trụ và Hạt ở Montpellier lập luận rằng điều này có nghĩa như sau: một điều gì đó quan trọng đã xảy ra trong vũ trụ trẻ mà chúng ta chưa biết về nó. Có lẽ đó là một hiện tượng liên quan đến một loại năng lượng tối chưa biết hoặc một loại hạt hạ nguyên tử mới. Nếu mô hình có tính đến nó, sự khác biệt sẽ biến mất.

Trên bờ vực của một cuộc khủng hoảng

Một trong những cách để xác định tốc độ giãn nở của Vũ trụ là nghiên cứu phông nền vi sóng - bức xạ di tích xuất hiện 380 nghìn năm sau Vụ nổ lớn. ΛCDM có thể được sử dụng để tính hằng số Hubble bằng cách đo các dao động lớn trong CMB. Nó hóa ra bằng 67, 4 km / giây cho mỗi megaparsec, hoặc khoảng ba triệu năm ánh sáng (với tốc độ như vậy, các vật thể phân kỳ với nhau ở một khoảng cách thích hợp). Trong trường hợp này, sai số chỉ là 0,5 km / giây trên megaparsec.

Nếu chúng ta nhận được cùng một giá trị bằng cách sử dụng một phương pháp khác, thì điều này sẽ xác nhận tính hợp lệ của mô hình vũ trụ chuẩn. Các nhà khoa học đã đo độ sáng biểu kiến của nến tiêu chuẩn - những vật thể mà độ sáng của nó luôn được biết đến. Ví dụ, những vật thể như vậy là siêu tân tinh loại Ia - sao lùn trắng không còn có thể hấp thụ vật chất từ các ngôi sao đồng hành lớn và phát nổ. Bằng độ sáng biểu kiến của nến tiêu chuẩn, bạn có thể xác định khoảng cách đến chúng. Song song đó, bạn có thể đo độ dịch chuyển đỏ của siêu tân tinh, tức là sự dịch chuyển của các bước sóng ánh sáng tới vùng màu đỏ của quang phổ. Dịch chuyển đỏ càng lớn thì tốc độ vật thể rời khỏi người quan sát càng lớn.

Do đó, có thể xác định tốc độ giãn nở của Vũ trụ, trong trường hợp này hóa ra là bằng 74 km / giây cho mỗi megaparsec. Điều này không khớp với các giá trị thu được từ ΛCDM. Tuy nhiên, không chắc rằng một lỗi đo lường có thể giải thích sự khác biệt.

Theo David Gross của Viện Vật lý Lý thuyết Kavli tại Đại học California, Santa Barbara, trong vật lý hạt, sự khác biệt như vậy sẽ không được gọi là một vấn đề, mà là một cuộc khủng hoảng. Tuy nhiên, một số nhà khoa học không đồng tình với đánh giá này. Tình hình phức tạp bởi một phương pháp khác, cũng dựa trên nghiên cứu về Vũ trụ sơ khai, cụ thể là, dao động âm baryonic - những dao động có mật độ vật chất nhìn thấy lấp đầy Vũ trụ sơ khai. Những rung động này là do sóng âm plasma gây ra và luôn có kích thước đã biết, làm cho chúng trông giống như những ngọn nến tiêu chuẩn. Kết hợp với các phép đo khác, chúng cho hằng số Hubble phù hợp với ΛCDM.

Người mẫu mới

Có khả năng các nhà khoa học đã mắc sai lầm khi sử dụng siêu tân tinh Loại Ia. Để xác định khoảng cách đến một vật ở xa, bạn cần xây dựng một thang khoảng cách.

Bậc thang đầu tiên của bậc thang này là Cepheids - những ngôi sao biến thiên có mối quan hệ chu kỳ - độ sáng chính xác. Cepheid có thể được sử dụng để xác định khoảng cách đến siêu tân tinh loại Ia gần nhất. Trong một nghiên cứu, thay vì Cepheids, người ta đã sử dụng những người khổng lồ đỏ, mà ở một giai đoạn nhất định của cuộc đời, chúng đạt độ sáng tối đa - tất cả những người khổng lồ đỏ đều giống nhau.

Kết quả là hằng số Hubble hóa ra là 69,8 km / giây trên megaparsec. Wendy Freedman từ Đại học Chicago, một trong những tác giả của bài báo, nói rằng không có khủng hoảng nào cả.

Nhưng tuyên bố này cũng bị đặt vào câu hỏi. Sự hợp tác của H0LiCOW đã đo hằng số Hubble bằng cách sử dụng thấu kính hấp dẫn, một hiệu ứng xảy ra khi một vật thể lớn bẻ cong các tia từ một vật thể ở xa đằng sau nó. Cái sau có thể là chuẩn tinh - hạt nhân của các thiên hà đang hoạt động được nuôi dưỡng bởi một lỗ đen siêu lớn. Do thấu kính hấp dẫn, một số hình ảnh của một chuẩn tinh có thể xuất hiện cùng một lúc. Bằng cách đo độ nhấp nháy của những hình ảnh này, các nhà khoa học đã thu được hằng số Hubble cập nhật là 73,3 km / giây trên megaparsec. Đồng thời, các nhà khoa học cho đến cuối cùng cũng không biết kết quả có thể xảy ra, điều này loại trừ khả năng gian lận.

Kết quả đo hằng số Hubble từ các mặt nạ tự nhiên được hình thành khi khí quay xung quanh một lỗ đen hóa ra với tốc độ 74 km / giây trên megaparsec. Các phương pháp khác cho kết quả 76,5 và 73,6 km / giây trên megaparsec. Các vấn đề cũng nảy sinh trong việc đo lường sự phân bố của vật chất trong Vũ trụ, vì thấu kính hấp dẫn cho một giá trị khác so với phép đo nền vi sóng.

Nếu sự khác biệt không phải do lỗi đo lường, thì một lý thuyết mới sẽ được yêu cầu để giải thích tất cả các dữ liệu hiện có. Một giải pháp khả thi là thay đổi lượng năng lượng tối gây ra sự giãn nở gia tốc của vũ trụ. Mặc dù hầu hết các nhà khoa học ủng hộ việc làm mà không cập nhật vật lý, vấn đề vẫn chưa được giải quyết.