Những dữ liệu mới từ Viễn vọng Kính Không gian James Webb của NASA cho thấy hiểu biết của con người về vũ trụ chỉ như một giọt nước giữa đại dương bao la. (Nguồn: pixabay.com)
WASHINGTON – Hôm thứ Ba (10/12), những dữ liệu mới từ Viễn vọng kính James Webb của NASA đã xác nhận một quan sát gây bất ngờ vì vượt ngoài những hiểu biết hiện tại của con người: vũ trụ đang giãn nở với tốc độ nhanh hơn so với dự đoán ban đầu, theo Reuters.
Hiện tượng này khiến các khoa học gia phải suy đoán tìm ra nguyên nhân, có thể là do một yếu tố chưa được biết đến liên quan đến hai thành phần bí ẩn của vũ trụ: năng lượng tối (dark energy) và vật chất tối (dark matter).
Sau hai năm thu thập dữ liệu, Viễn vọng Kính Không gian James Webb đã xác nhận phát hiện trước đó từ Viễn vọng kính Hubble: tốc độ giãn nở của vũ trụ nhanh hơn khoảng 8% so với những gì các nhà vật lý thiên văn ước tính, dựa trên những hiểu biết về tình trạng ban đầu của vũ trụ và quá trình tiến hóa qua hàng tỷ năm. Sự khác biệt này được gọi là “Hubble Tension” (xin tạm dịch là Mâu thuẫn Hubble).
Những quan sát từ James Webb, viễn vọng kính không gian tiên tiến nhất từng được khai triển, đã bác bỏ giả thuyết cho rằng dữ liệu từ Hubble bị sai sót do lỗi thiết bị.
Adam Riess, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Johns Hopkins và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Đây là mẫu dữ liệu lớn nhất mà viễn vọng kính Webb cung cấp trong hai năm đầu tiên hoạt động trong vũ trụ. Và nó xác nhận một phát hiện khó hiểu từ Viễn vọng kính Hubble đã khiến chúng tôi vật lộn suốt một thập niên qua: tốc độ giãn nở của vũ trụ vượt xa những mô hình và lý thuyết tốt nhất mà chúng ta đang có.”
Riess, đã đoạt giải Nobel Vật lý năm 2011 nhờ đồng phát hiện sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ, tiếp tục chia sẻ: “Đúng vậy, rõ ràng là hiểu biết của chúng ta về vũ trụ còn thiếu sót gì đó. Chúng ta vẫn chưa biết gì nhiều về hai yếu tố quan trọng – vật chất tối và năng lượng tối – chiếm tới 96% vũ trụ. Vì vậy, đây là vấn đề rất quan trọng.”
Siyang Li, đang làm nghiên cứu bậc tiến sĩ ngành thiên văn học tại Đại học Johns Hopkins và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Những kết quả từ Webb cho thấy chúng ta có thể cần phải điều chỉnh lại mô hình về vũ trụ, dù hiện tại chưa thể biết được là phải điều chỉnh những gì.”
Vật chất tối (dark matter), được cho là chiếm khoảng 27% vũ trụ, là một dạng vật chất chưa thể quan sát trực tiếp nhưng được suy ra từ tác động của nó lên các vật chất thông thường, như các ngôi sao, hành tinh và mặt trăng… (tất cả chỉ chiếm khoảng 5% của vũ trụ). Còn năng lượng tối (dark energy), chiếm khoảng 69% vũ trụ, là một dạng năng lượng bí ẩn có thể chống lại lực hấp dẫn, thúc đẩy sự giãn nở của vũ trụ.
Các khoa học gia đã đưa ra nhiều giả thuyết về nguyên nhân có thể giải thích sự gia tốc bất thường này, trong đó có vật chất tối, năng lượng tối, bức xạ tối, và thậm chí là các đặc tính kỳ lạ của lực hấp dẫn. Riess cho biết: “Có rất nhiều giả thuyết, từ vật chất tối, năng lượng tối, cho đến các siêu vi hạt như neutrino, hoặc thậm chí là lực hấp dẫn có thể có những tính chất kỳ lạ.”
Để kiểm tra sự giãn nở của vũ trụ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng ba phương pháp khác nhau để đo khoảng cách từ Địa cầu đến các thiên hà, nơi một loại sao nhấp nháy đặc biệt gọi là Cepheid. Các phép đo từ Webb và Hubble đều cho kết quả tương đồng.
Tốc độ giãn nở của vũ trụ, được gọi là hằng số Hubble (Hubble constant), được đo bằng đơn vị km/giây trên megaparsec (1 megaparsec tương đương với khoảng 3.26 triệu năm ánh sáng). Một năm ánh sáng là khoảng cách mà ánh sáng đi được trong một năm, tương đương 5.9 ngàn tỷ dặm (9.5 ngàn tỷ km).
Theo mô hình chuẩn về vũ trụ học (tức là lý thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất về cấu trúc và sự tiến hóa của vũ trụ), giá trị của hằng số Hubble lẽ ra phải nằm trong khoảng 67-68. Tuy nhiên, dữ liệu từ cả Hubble và Webb đã cho thấy giá trị này là khoảng 73, với phạm vi dao động từ 70 đến 76.
Sự kiện Big Bang cách đây khoảng 13-14 tỷ năm đã tạo ra vũ trụ, và vũ trụ đã bắt đầu giãn nở từ đó. Vào năm 1998, các khoa học gia phát hiện rằng sự giãn nở này ngày càng nhanh. Họ đưa ra giả thuyết rằng năng lượng tối – một lực vô hình và bí ẩn – chính là nguyên nhân thúc đẩy sự tăng tốc này.
Nghiên cứu mới phân tích dữ liệu từ Viễn vọng kính Webb, bao quát một phần ba số thiên hà mà Hubble từng quan sát. Năm 2023, các khoa học gia công bố rằng dữ liệu sơ bộ từ Webb xác nhận những phát hiện của Hubble là đúng.
Vậy đâu là cách để giải quyết Mâu thuẫn Hubble? Riess cho biết: “Chúng ta cần thêm nhiều dữ liệu để hiểu rõ hơn về manh mối này. Chính xác thì sự khác biệt này bao lớn? Thuộc mức thấp (4-5%) hay mức cao (10-12%) của phạm vi dữ liệu hiện tại? Xuất hiện trong những giai đoạn nào của lịch sử vũ trụ? Những câu trả lời này sẽ cung cấp thêm manh mối để chúng ta có thêm hướng suy nghĩ, giải quyết.”
