"Thay vì xác nhận mô hình chuẩn của vũ trụ học, vốn giả định rằng năng lượng tối là cố định và không thay đổi, chúng tôi hiện có thêm bằng chứng cho thấy năng lượng tối có thể thay đổi theo thời gian."
Một danh mục gồm gần 3.000 sao lùn trắng đã phát nổ thành các supernova loại Ia sau khi bồi tụ vật chất quá mức từ các sao đồng hành cho thấy rằng năng lượng tối, lực bí ẩn đang thúc đẩy sự giãn nở gia tốc của vũ trụ, đang thay đổi theo thời gian.
Phát hiện này, kết hợp với dữ liệu từ Khảo sát Năng lượng tối (Dark Energy Survey / DES), củng cố các kết quả được công bố từ Thiết bị Quang phổ Năng lượng tối (Dark Energy Spectroscopic Instrument / DESI) vào năm 2024, trong đó gợi ý rằng ảnh hưởng của năng lượng tối đang suy yếu.
Điều đó có nghĩa là nghiên cứu của nhóm không chỉ xây dựng danh mục toàn diện nhất về các supernova loại Ia, mà còn mang đến bức tranh rõ ràng nhất từ trước đến nay về sự tiến hóa của vũ trụ và ảnh hưởng của năng lượng tối.
"Chúng tôi đã tái xây dựng ba thập kỷ quan sát thiên văn thành một khuôn khổ thống nhất và nhất quán," thành viên nhóm nghiên cứu Ryan Camilleri thuộc Đại học Queensland cho biết trong một tuyên bố. "Chúng tôi đã kết hợp dữ liệu của mình với các phép đo vũ trụ khác, bao gồm bức xạ tàn dư từ Big Bang và các bản đồ về sự phân bố của các thiên hà trong không gian.
"Thay vì xác nhận mô hình chuẩn của vũ trụ học, vốn giả định rằng năng lượng tối là cố định và không thay đổi, chúng tôi hiện có thêm bằng chứng cho thấy năng lượng tối có thể thay đổi theo thời gian."
Các sao lùn trắng phát nổ giúp chúng ta tìm hiểu năng lượng tối như thế nào?
Sao lùn trắng là phần tàn dư âm ỉ của các ngôi sao còn lại sau khi những ngôi sao có khối lượng xấp xỉ Mặt Trời cạn kiệt nhiên liệu cho phản ứng nhiệt hạch trong lõi. Khi đó, áp suất hướng ra ngoài chống lại lực hấp dẫn của chính ngôi sao không còn nữa, khiến lõi của nó suy sụp trong khi các lớp ngoài bị thổi bay. Phần lõi còn lại trở thành một sao lùn trắng, và đối với các sao đơn lẻ thì đó là điểm kết thúc. Tuy nhiên, khoảng 50% các ngôi sao có khối lượng tương đương Mặt Trời có một sao đồng hành trong hệ đôi, và điều này có thể dẫn đến hoạt động trở lại cũng như làm thay đổi số phận của ngôi sao.
Nếu sao lùn trắng và sao đồng hành ở đủ gần nhau, ngôi sao đã chết sẽ bắt đầu tước lấy các lớp ngoài của sao đồng hành. Khi lượng vật chất này tích tụ trên sao lùn trắng, nó sẽ đẩy khối lượng của phần tàn dư sao vượt qua cái gọi là giới hạn Chandrasekhar, cho phép nó phát nổ thành supernova.
Những vụ nổ vũ trụ này được gọi là các supernova loại Ia, và độ sáng của chúng có tính đồng nhất rất cao đến mức các sự kiện này được xem là những "ngọn nến chuẩn". Chúng có vai trò đặc biệt quan trọng vì việc đo mức độ dịch chuyển đỏ của ánh sáng trong quá trình truyền tới chúng ta cho phép sử dụng các supernova loại Ia để xác định khoảng cách vũ trụ.
"Qua nhiều năm, chúng tôi đã hiểu rõ hơn rất nhiều về cách các supernova hoạt động, vì vậy chúng tôi có thể quay lại và áp dụng sự hiểu biết được cải thiện đó cho các dữ liệu cũ," Camilleri nói. "Rất nhiều công trình đã được thực hiện để liên kết các quan sát từ những kính thiên văn khác nhau với các khả năng khác nhau, đồng thời tính đến những yếu tố như bụi vũ trụ và khối lượng thiên hà, vốn có thể ảnh hưởng đến ánh sáng phát ra từ một supernova.
"Chúng tôi cũng đưa vào phân tích những hiệu ứng tinh vi hơn như thấu kính hấp dẫn, tức hiện tượng ánh sáng bị bẻ cong và được khuếch đại quanh các vật thể có khối lượng lớn khi truyền từ một supernova đến Trái Đất."
Kết hợp với các kết quả từ DESI công bố năm 2024, nghiên cứu này có thể làm thay đổi cách chúng ta hình dung về bản chất thực sự của năng lượng tối.
"Dữ liệu supernova của chúng tôi từ DES vào năm 2024 lần đầu tiên cho thấy những dấu hiệu rằng năng lượng tối có thể biến thiên theo thời gian, và bộ dữ liệu tổng hợp mới này cũng cho thấy sự sai lệch so với mô hình chuẩn, mặc dù theo một hướng hơi khác," Davis cho biết. "Tương tự, các kết quả từ DESI cũng phát hiện những dấu hiệu về sự biến thiên của năng lượng tối thông qua các khảo sát các sóng âm tàn dư từ vũ trụ sơ khai.
"Như vậy, hai phép đo hoàn toàn độc lập đều đã phát hiện những dấu hiệu cho thấy năng lượng tối biến thiên theo thời gian, qua đó thách thức mô hình chuẩn vốn cho rằng năng lượng tối không thay đổi."
Davis cho biết thêm rằng, bên cạnh việc giúp làm sáng tỏ bản chất thực sự của năng lượng tối, nghiên cứu này cũng có thể nắm giữ manh mối giúp giải thích cách lực hấp dẫn và vật lý lượng tử có thể được thống nhất. Mặc dù vật lý lượng tử (lý thuyết tốt nhất hiện nay về cách vũ trụ vận hành ở quy mô hạ nguyên tử) và thuyết tương đối rộng của Einstein (mô tả tốt nhất hiện nay về lực hấp dẫn) đều đã đạt được thành công lớn trong phạm vi của mình, các nhà khoa học cho đến nay vẫn chưa thể thống nhất hai lý thuyết này. Nói cách khác, hiện vẫn chưa tồn tại một lý thuyết về hấp dẫn lượng tử.
"Chúng ta biết rằng hai lý thuyết này đều cực kỳ thành công trong lĩnh vực riêng của mình, vì vậy nếu có thể tìm ra cách kết hợp chúng lại với nhau, đó sẽ là một bước tiến khổng lồ của vật lý lý thuyết," Davis tiếp tục.
Nỗ lực này sẽ được thúc đẩy hơn nữa khi dữ liệu mới được bổ sung vào danh mục supernova loại Ia vốn đã rất toàn diện của nhóm nghiên cứu. Dữ liệu này sẽ bao gồm các quan sát từ chương trình Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova (DEBASS), chương trình đang phát hiện nhiều hơn hàng trăm supernova cục bộ so với cả khảo sát DES.
Các kết quả của nhóm nghiên cứu hiện đã được công bố trên kho lưu trữ arXiv.
Chuong Nguyen
Theo Space
