Năng lượng tối là có thật

Theo một nhóm nhà thiên văn tại trường Đại học Portsmouth và LMU Munich, năng lượng tối – một chất liệu bí ẩn được cho là đang gây ra sự giãn nở tăng tốc của Vũ trụ - là có thật.

Sau một nghiên cứu kéo dài hai năm dưới sự chỉ đạo của Tommaso Giannantonio và Robert Crittenden, các nhà nghiên cứu kết luận khả năng cho sự tồn tại của năng lượng tối là 99,996%. Kết quả nghiên cứu của họ công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Giáo sư Bob Nichol, một thành viên thuộc đội Portsmouth, phát biểu rằng “Năng lượng tối là một trong những bí ẩn khoa học lớn nhất của thời đại chúng ta, cho nên chẳng có gì bất ngờ khi mà có nhiều nhà vật lí nghi vấn sự tồn tại của nó.

“Nhưng với nghiên cứu mới của chúng tôi, chúng tôi chắc chắn hơn bao giờ hết rằng thành phần kì lạ này của Vũ trụ là có thật – mặc dù chúng tôi vẫn không biết nó được cấu tạo từ cái gì.”

Hơn một thập kỉ trước, các nhà thiên văn quan sát độ sáng của những sao siêu mới ở xa nhận ra rằng sự giãn nở của Vũ trụ dường như đang tăng tốc. Sự tăng tốc đó được quy cho lực đẩy gắn liền với năng lượng tối ngày nay được cho là chiếm 73% thành phần của vũ trụ. Các nhà vật lí thực hiện khám phá này đã nhận Giải Nobel Vật lí 2011, nhưng sự tồn tại của năng lượng tối vẫn là một đề tài gây tranh cãi sôi nổi.

Nhiều kĩ thuật khác đã được sử dụng để xác nhận tính có thật của năng lượng tối nhưng chúng hoặc là những khảo sát gián tiếp của Vũ trụ đang tăng tốc hoặc bị sa vào những bất định của riêng chúng. Bằng chứng rõ ràng cho năng lượng tối đến từ hiệu ứng Sachs Wolfe Tích hợp, hiện tượng mang tên Rainer Sachs và Arthur Wolfe.

Phông nền Vi sóng Vũ trụ, bức xạ nhiệt tàn dư của Big Bang, được nhìn thấy đều khắp bầu trời. Vào năm 1967, Sachs và Wolfe đề xuất rằng ánh sáng từ bức xạ này sẽ trở nên hơi xanh hơn một chút khi nó đi qua trường hấp dẫn của những cụm vật chất, một hiệu ứng gọi là sự lệch đỏ do hấp dẫn.

Vào năm 1996, Robert Crittenden và Neil Turok, nay làm việc tại Viện Perimeter ở Canada, đã đưa quan điểm này lên một mức nữa, họ đề xuất rằng các nhà thiên văn có thể tìm kiếm những biến thiên nhỏ này trong năng lượng của ánh sáng, hay của những photon đó, bằng cách so sánh nhiệt độ của bức xạ nền với các bản đồ thiên hà của Vũ trụ địa phương.

Khi không có năng lượng tối, hay một độ cong lớn trong Vũ trụ, sẽ không có sự tương ứng giữa hai bản đồ này (phông nền vi sóng vũ trụ ở xa và sự phân bố tương đối gần hơn của các thiên hà), nhưng sự tồn tại của năng lượng tối sẽ đưa đến hiệu ứng kì lạ, phản trực giác, trong đó các photon nền vi sóng vũ trụ sẽ thu năng lượng khi chúng đi qua những cụm khối lượng lớn.

Hiệu ứng Sachs Wolfe Tích hợp được phát hiện ra lần đầu tiên vào năm 2003, và lập tức được xem là bằng chứng xác thực cho năng lượng tối, được tạp chí Science đánh giá là “Khám phá của năm”. Nhưng tín hiệu là yếu vì sự tương quan như trông đợi giữa hai tấm bản đồ là nhỏ và vì thế một số nhà khoa học đề xuất rằng nó có nguyên nhân từ những nguồn khác, ví dụ như bụi trong thiên hà của chúng ta. Kể từ những bài báo Sachs Wolfe Tích hợp đầu tiên đó, một số nhà khoa học bắt đầu nghi vấn những phát hiện ban đầu của hiệu ứng, và vì thế khiến bằng chứng có sức mạnh nhất từ trước đến nay đó bị nghi ngờ.

Trong bài báo mới, sản phẩm của gần hai năm nghiên cứu, đội khoa học đã xét lại tất cả các luận cứ dựa trên sự phát hiện hiệu ứng Sachs Wolfe Tích hợp đồng thời cải tiến các bản đồ dùng trong nghiên cứu ban đầu. Trong phân tích tỉ mỉ của họ, họ kết luận rằng có khả năng 99,996% năng lượng tối là nguyên nhân gây ra những chỗ nóng hơn của bản đồ phông nền vi sóng vũ trụ (hay cùng mức ý nghĩa thống kê như khám phá mới đây của boson Higgs).

Theo Tommaso Giannantonio, công trình này cũng sẽ cho chúng ta biết về những cải tiến có thể có cho lí thuyết tương đối rộng Einstein.