Vũ trụ được làm bằng gì? Câu hỏi này đã thúc đẩy các nhà thiên văn học trong hàng trăm năm.

Trong một phần tư thế kỷ qua, các nhà khoa học đã tin rằng những thứ “bình thường” như nguyên tử và phân tử tạo nên bạn, tôi, Trái đất và gần như mọi thứ chúng ta có thể nhìn thấy chỉ chiếm 5% vũ trụ. 25% khác là “vật chất tối”, một chất chưa biết mà chúng ta không thể nhìn thấy nhưng chúng ta có thể phát hiện ra nó thông qua cách nó ảnh hưởng đến vật chất bình thường thông qua trọng lực.

70% còn lại của vũ trụ được tạo thành từ “năng lượng tối”. Được phát hiện vào năm 1998, đây là một dạng năng lượng chưa được biết đến được cho là nguyên nhân khiến vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng tăng.

In một nghiên cứu mới, sắp được xuất bản trên tạp chí Tạp chí thiên văn, tôi và các đồng nghiệp đã đo các đặc tính của năng lượng tối một cách chi tiết hơn bao giờ hết. Kết quả của chúng tôi cho thấy nó có thể là năng lượng chân không giả định lần đầu tiên được Einstein đề xuất – hoặc nó có thể là một thứ gì đó kỳ lạ và phức tạp hơn thay đổi theo thời gian.

Năng lượng tối là gì?

Khi Einstein phát triển thuyết tương đối rộng hơn một thế kỷ trước, ông nhận ra các phương trình của mình cho thấy vũ trụ sẽ giãn nở hoặc co lại. Điều này có vẻ sai đối với ông, nên ông đã thêm vào một “hằng số vũ trụ”—một loại năng lượng vốn có trong không gian trống rỗng—để cân bằng lực hấp dẫn và giữ cho vũ trụ ở trạng thái tĩnh.

Sau này, khi công trình của Henrietta Swan Leavitt và Edwin Hubble cho thấy vũ trụ thực sự đang giãn nở, Einstein đã loại bỏ hằng số vũ trụ, gọi đó là “sai lầm lớn nhất của ông”.

Tuy nhiên, vào năm 1998, hai nhóm nghiên cứu nhận thấy sự giãn nở của vũ trụ thực ra đang tăng tốc. Điều này ngụ ý rằng xét cho cùng thì có một cái gì đó khá giống với hằng số vũ trụ của Einstein có thể tồn tại – cái mà ngày nay chúng ta gọi là năng lượng tối.

Kể từ những phép đo ban đầu đó, chúng tôi đã sử dụng siêu tân tinh và các tàu thăm dò khác để đo bản chất của năng lượng tối. Cho đến nay, những kết quả này cho thấy mật độ năng lượng tối trong vũ trụ dường như không đổi.

Điều này có nghĩa là sức mạnh của năng lượng tối vẫn giữ nguyên, ngay cả khi vũ trụ phát triển – nó dường như không bị phân tán mỏng hơn khi vũ trụ trở nên lớn hơn. Chúng tôi đo lường điều này bằng một con số gọi là w. Tập hiệu ứng hằng số vũ trụ của Einstein w đến –1, và những quan sát trước đó cho thấy điều này gần như đúng.

Những ngôi sao nổ tung như những que đo vũ trụ

Làm thế nào để chúng ta đo lường những gì trong vũ trụ và nó đang phát triển nhanh như thế nào? Chúng tôi không có thước dây hay cân khổng lồ, nên thay vào đó chúng tôi sử dụng “nến tiêu chuẩn”: các đồ vật trong không gian độ sáng mà chúng ta biết.

Hãy tưởng tượng trời đang về đêm và bạn đang đứng trên một con đường dài có vài cột đèn. Các cột này đều có bóng đèn giống nhau, nhưng các cột ở xa mờ hơn các cột ở gần.

Điều này là do ánh sáng mờ dần tỷ lệ thuận với khoảng cách. Nếu chúng ta biết công suất của bóng đèn và có thể đo được độ sáng của bóng đèn thì chúng ta có thể tính được khoảng cách đến cột đèn.

Đối với các nhà thiên văn học, bóng đèn vũ trụ thông thường là một loại sao phát nổ được gọi là siêu tân tinh loại Ia. Đây là những ngôi sao lùn trắng thường hút vật chất từ ​​một ngôi sao lân cận và phát triển cho đến khi đạt khối lượng gấp 1.44 lần mặt trời của chúng ta thì chúng phát nổ. Bằng cách đo tốc độ vụ nổ mờ dần, chúng ta có thể xác định được độ sáng của nó và từ đó cách chúng ta bao xa.

Khảo sát năng lượng tối

Sản phẩm Khảo sát Năng lượng Tối là nỗ lực lớn nhất để đo năng lượng tối. Hơn 400 nhà khoa học trên nhiều châu lục đã làm việc cùng nhau trong gần một thập kỷ để liên tục quan sát các phần của bầu trời phía nam.

Những quan sát lặp đi lặp lại cho phép chúng ta tìm kiếm những thay đổi, giống như những ngôi sao mới phát nổ. Bạn quan sát càng thường xuyên thì bạn càng có thể đo lường những thay đổi này tốt hơn và diện tích tìm kiếm càng lớn thì bạn càng có thể tìm thấy nhiều siêu tân tinh.

Những kết quả đầu tiên cho thấy sự tồn tại của năng lượng tối chỉ sử dụng vài chục siêu tân tinh. Các kết quả mới nhất từ ​​Khảo sát Năng lượng Tối sử dụng khoảng 1,500 ngôi sao đang phát nổ, mang lại độ chính xác cao hơn nhiều.

Sử dụng một camera được chế tạo đặc biệt lắp đặt trên Kính viễn vọng Blanco dài 4 mét tại Đài quan sát liên Mỹ Cerro-Tololo ở Chile, cuộc khảo sát đã tìm thấy hàng nghìn siêu tân tinh thuộc nhiều loại khác nhau. Để tìm ra loại nào là Loại Ia (loại chúng ta cần để đo khoảng cách), chúng tôi đã sử dụng Kính thiên văn Anglo Australia dài 4 mét tại Đài thiên văn Siding Spring ở New South Wales.

Kính thiên văn Anglo Australia đã thực hiện các phép đo phá vỡ màu sắc của ánh sáng từ các siêu tân tinh. Điều này cho phép chúng ta nhìn thấy “dấu vân tay” của từng phần tử trong vụ nổ.

Siêu tân tinh loại Ia có một số đặc điểm độc đáo, như không chứa hydro và silicon. Và với đủ siêu tân tinh, học máy cho phép chúng tôi phân loại hàng nghìn siêu tân tinh một cách hiệu quả.

Phức tạp hơn hằng số vũ trụ

Cuối cùng, sau hơn một thập kỷ làm việc và nghiên cứu khoảng 1,500 siêu tân tinh Loại Ia, Khảo sát Năng lượng Tối đã đưa ra một phép đo mới tốt nhất về w. Chúng tôi đã tìm thấy w = –0.80 ± 0.18, do đó nó nằm ở khoảng giữa –0.62 và –0.98.

Đây là một kết quả rất thú vị. Nó gần bằng -1, nhưng không hoàn toàn chính xác ở đó. Để trở thành hằng số vũ trụ, hay năng lượng của không gian trống, nó cần phải chính xác bằng –1.

Nó bỏ chúng ta ở đâu? Với ý tưởng rằng có thể cần một mô hình năng lượng tối phức tạp hơn, có lẽ một mô hình trong đó năng lượng bí ẩn này đã thay đổi theo vòng đời của vũ trụ.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Nguồn hình ảnh: Phần còn lại của siêu tân tinh Loại Ia—một loại sao phát nổ dùng để đo khoảng cách trong vũ trụ. NASA / CXC / U.Texas, CC BY

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2024/01/12/supernova-study-shows-dark-energy-may-be-more-complicated-than-we-thought/