Kết quả mới từ Công cụ quang phổ năng lượng tối (DESI) cho thấy lực chưa biết đang đẩy nhanh quá trình giãn nở của vũ trụ không phải là thứ chúng ta tin tưởng. Điều này ám chỉ rằng lý thuyết tốt nhất của chúng ta về sự tiến hóa của vũ trụ, mô hình chuẩn của vũ trụ học, có thể sai.
Dữ liệu DESI mới công bố đến từ ba năm quan sát đầu tiên được thu thập khi công cụ này được gắn trên Kính viễn vọng Nicholas U. Mayall 4 mét tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak, tiếp tục xây dựng bản đồ 3D lớn nhất từng được tạo ra của vũ trụ. Khi DESI hoàn thành sứ mệnh kéo dài năm năm vào năm tới, công cụ này sẽ đo được ánh sáng từ khoảng 50 triệu thiên hà và các quasar được cung cấp năng lượng từ lỗ đen, bên cạnh ánh sáng của hơn 10 triệu ngôi sao.
Khả năng thu được ánh sáng từ 5.000 thiên hà cùng lúc của DESI khiến nó trở thành công cụ lý tưởng để tiến hành một cuộc khảo sát đủ lớn nhằm tìm hiểu các đặc tính của năng lượng tối. Phân tích mới này tập trung vào dữ liệu từ ba năm đầu tiên quan sát DESI, bao gồm gần 15 triệu thiên hà và quasar được đo lường tốt nhất.
"Vũ trụ không bao giờ ngừng làm chúng ta kinh ngạc và ngạc nhiên," Nhà khoa học của Dự án DESI Arjun Dey nói trong một tuyên bố. "Bằng cách tiết lộ những kết cấu đang tiến hóa của cấu trúc vũ trụ của chúng ta theo cách chưa từng có, DESI và kính viễn vọng Mayall đang thay đổi chính sự hiểu biết của chúng ta về tương lai của vũ trụ và bản chất của chính nó."
Người ta cho rằng nó chiếm khoảng 70% vật chất và năng lượng của vũ trụ. "Vật chất" bí ẩn được gọi là vật chất tối chiếm 25% nữa, và vật chất thông thường bao gồm các ngôi sao, hành tinh, mặt trăng, cơ thể chúng ta và con mèo nhà bên chỉ chiếm 5%. Về cơ bản, mọi thứ chúng ta hiểu về vũ trụ, bao gồm tất cả hóa học và sinh học đều được gói gọn trong 5% đó!
"Phỏng đoán tốt nhất" hiện tại về danh tính của năng lượng tối là hằng số vũ trụ học, năng lượng chân không của không gian năng lượng, được đưa vào chiếc bánh mà chúng ta gọi là mô hình chuẩn của vũ trụ học hoặc mô hình Vật chất tối lạnh Lambda (LCDM). Tuy nhiên, mô hình này được xây dựng dựa trên giả định rằng năng lượng tối, được biểu thị bằng chữ cái Hy Lạp lambda (Λ), là hằng số theo thời gian.
Năng lượng chân không mô tả mật độ các hạt xuất hiện và biến mất. Trong khi "cái gì đó" xuất hiện từ "không có gì" nghe có vẻ điên rồ, bạn có thể nghĩ về nó như vũ trụ có một cơ sở thấu chi. Các cặp hạt ảo được phép "mượn" một số năng lượng từ vũ trụ để tồn tại miễn là chúng trả lại bằng cách gặp nhau và hủy diệt lẫn nhau.
Khi xem xét riêng lẻ, những phát hiện của DESI thực sự không thách thức bức tranh về năng lượng tối được phát triển trong mô hình LCDM. Khi dữ liệu DESI được so sánh với các phép đo khác của vũ trụ, các vấn đề với hằng số vũ trụ học bắt đầu xuất hiện.
DESI ám chỉ, và không phải lần đầu tiên, rằng năng lượng tối không là hằng số mà đang thay đổi theo thời gian. Cụ thể, "lực đẩy" tăng tốc này dường như đang yếu đi.
Các phép đo này bao gồm các quan sát của chúng tôi về ánh sáng "hóa thạch" còn sót lại từ một sự kiện xảy ra ngay sau Vụ nổ lớn được gọi là "sự tán xạ cuối cùng", khi vũ trụ đã giãn nở và nguội đi đủ để cho phép các electron liên kết với các proton và hình thành các nguyên tử trung tính đầu tiên.
Sự biến mất của các electron tự do đột nhiên cho phép các photon, các hạt tạo nên ánh sáng, di chuyển tự do. Nói cách khác, nó giống như sương mù vũ trụ đã tan đi, và vũ trụ trở nên trong suốt. Ánh sáng đầu tiên này được gọi là "nền vi sóng vũ trụ" hay "CMB", và nó vẫn có thể được quan sát thấy cho đến ngày nay.
Những biến thể nhỏ hoặc "nếp nhăn" đã được "đóng băng vào" CMB bởi những dao động trong mật độ vật chất trong vũ trụ sơ khai được gọi là dao động âm thanh baryon (BAO). Khi vũ trụ tiếp tục giãn nở, những nếp nhăn này cũng vậy. Do đó, nếp nhăn BAO có thể hoạt động như một thước đo chuẩn cho sự giãn nở của vũ trụ, với kích thước của chúng thay đổi theo các thời điểm vũ trụ khác nhau. Biến thể này phát sinh do tốc độ giãn nở của vũ trụ vào thời điểm đó.
Do đó, việc đo BAO cho thấy sức mạnh của năng lượng tối trong suốt lịch sử của vũ trụ và DESI có thể thực hiện điều này chính xác hơn bất kỳ công cụ nào khác.
Những thay đổi trong chính năng lượng tối cũng được ám chỉ khi dữ liệu DESI được so sánh với các quan sát về siêu tân tinh loại Ia, các vụ nổ vũ trụ xảy ra khi sao lùn trắng các ngôi sao "ăn quá nhiều" một ngôi sao đồng hành. Vật liệu bị đánh cắp này tích tụ trên bề mặt của tàn dư sao cho đến khi một cuộc chạy trốn nhiệt hạch được kích hoạt.
Siêu tân tinh loại Ia rất đồng đều về mặt sản lượng ánh sáng của chúng đến mức các nhà thiên văn học có thể sử dụng chúng như "nến chuẩn" để đo khoảng cách vũ trụ. Trên thực tế, siêu tân tinh loại Ia là một phần không thể thiếu trong khám phá rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc, nguồn gốc của năng lượng tối, vào năm 1998.
Những phép đo khoảng cách này có thể thực hiện được vì một hiện tượng gọi là "độ dịch chuyển đỏ", xảy ra khi bước sóng của ánh sáng truyền đi bị kéo dài khi nó băng qua vũ trụ đang giãn nở. Ánh sáng truyền đi càng lâu thì sự dịch chuyển càng lớn về phía "đầu đỏ" có bước sóng dài của quang phổ điện từ. Điều đó có nghĩa là việc đo độ dịch chuyển đỏ của một nguồn sáng rất phổ biến và nhất quán, một ngọn nến chuẩn, có thể cung cấp các phép đo khoảng cách.
Dữ liệu DESI cũng có thể được kết hợp với các quan sát về hiệu ứng được gọi là "thấu kính hấp dẫn", sự biến dạng của ánh sáng từ các thiên hà xa xôi bởi các vật thể có khối lượng lớn ở tiền cảnh để cho thấy dấu hiệu của năng lượng tối đang tiến hóa.
Sự tiến hóa của năng lượng tối vẫn chưa đủ mạnh để được coi là một "khám phá", nhưng các kết hợp khác nhau của dữ liệu với các quan sát khác đang thúc đẩy khái niệm này hướng tới thứ được coi là "tiêu chuẩn vàng" trong vật lý cho một xác định như vậy.
DR1 chứa thông tin liên quan đến 18,7 triệu vật thể vũ trụ, bao gồm khoảng 4 triệu ngôi sao, 13,1 triệu thiên hà và 1,6 triệu quasar.
Luz Ángela García Peñaloza, cựu thành viên nhóm DESI và là nhà vũ trụ học tại Đại học ECCI ở Colombia chỉ là một trong những nhà khoa học vui mừng với kết quả DESI mới và thực tế là DR1 hiện đã có thể được cộng đồng thiên văn học nói chung biết đến. nói với Space.com.
"Tôi cũng rất vui mừng khi biết DESI đã công bố thông tin về độ dịch chuyển đỏ của khoảng 19 triệu thiên hà và quasar. Chúng tôi đã tăng số lượng thiên hà được xác định lên gấp bội trong vòng chưa đầy 10 năm!" García Peñaloza cho biết. "Kết quả hấp dẫn nhất trong tất cả là các tập hợp quan sát khác nhau, sự kết hợp giữa BAO từ DESI với dữ liệu CMB từ Planck và ba tập hợp chính về khoảng cách độ sáng của siêu tân tinh loại Ia đang đưa ra lập luận mạnh mẽ hơn cho mô hình năng lượng tối đang tiến hóa, không ủng hộ hằng số vũ trụ học.
"Điều này ngày càng phù hợp hơn với các thử nghiệm vũ trụ học độc lập khác dường như đang mở ra một cơ hội cho những cách mới để khám phá và nghiên cứu năng lượng tối và sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ."
Các câu chuyện liên quan:
— Kết quả của thiết bị đo năng lượng tối 'gây sốc' cho thấy Einstein đã đúng về lực hấp dẫn — một lần nữa
— Theo một cách nào đó, Space.com và vũ trụ tối đã cùng nhau phát triển
— Năng lượng tối có thể yếu đi, cho thấy vũ trụ sẽ kết thúc trong một 'Vụ co lớn'
Việc có sẵn dữ liệu DR1 có nghĩa là các nhà thiên văn học bên ngoài cộng tác DESI hiện có thể đào sâu vào bộ dữ liệu khổng lồ này được thu thập từ tháng 5 năm 2021 đến tháng 6 năm 2022.
"Kết quả của chúng tôi là nền tảng màu mỡ cho các đồng nghiệp lý thuyết của chúng tôi khi họ xem xét các mô hình mới và hiện có, và chúng tôi rất vui mừng khi thấy những gì họ đưa ra", giám đốc DESI Michael Levi, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Berkeley, cho biết. "Bất kể bản chất của năng lượng tối là gì, nó sẽ định hình tương lai của vũ trụ của chúng ta.
"Thật đáng kinh ngạc khi chúng ta có thể nhìn lên bầu trời bằng kính viễn vọng và cố gắng trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất mà nhân loại từng đặt ra."
Trong khi đó, nhóm hợp tác DESI đang chuẩn bị bắt đầu các phân tích bổ sung về tập dữ liệu mới để trích xuất nhiều phát hiện hơn nữa khi chính DESI tiếp tục thu thập dữ liệu trong năm hoạt động thứ tư của mình.
"Thật tuyệt vời", García Peñaloza kết luận. "Thật là thời điểm để sống và trở thành nhà vũ trụ học!"
Dữ liệu DESI được thảo luận trong một loạt các bài báo có sẵn tại đây.
Dữ liệu DESI mới công bố đến từ ba năm quan sát đầu tiên được thu thập khi công cụ này được gắn trên Kính viễn vọng Nicholas U. Mayall 4 mét tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak, tiếp tục xây dựng bản đồ 3D lớn nhất từng được tạo ra của vũ trụ. Khi DESI hoàn thành sứ mệnh kéo dài năm năm vào năm tới, công cụ này sẽ đo được ánh sáng từ khoảng 50 triệu thiên hà và các quasar được cung cấp năng lượng từ lỗ đen, bên cạnh ánh sáng của hơn 10 triệu ngôi sao.
Khả năng thu được ánh sáng từ 5.000 thiên hà cùng lúc của DESI khiến nó trở thành công cụ lý tưởng để tiến hành một cuộc khảo sát đủ lớn nhằm tìm hiểu các đặc tính của năng lượng tối. Phân tích mới này tập trung vào dữ liệu từ ba năm đầu tiên quan sát DESI, bao gồm gần 15 triệu thiên hà và quasar được đo lường tốt nhất.
"Vũ trụ không bao giờ ngừng làm chúng ta kinh ngạc và ngạc nhiên," Nhà khoa học của Dự án DESI Arjun Dey nói trong một tuyên bố. "Bằng cách tiết lộ những kết cấu đang tiến hóa của cấu trúc vũ trụ của chúng ta theo cách chưa từng có, DESI và kính viễn vọng Mayall đang thay đổi chính sự hiểu biết của chúng ta về tương lai của vũ trụ và bản chất của chính nó."
DESI có thể thay đổi mọi thứ chúng ta biết về năng lượng tối
Năng lượng tối là tên tạm thời được đặt cho bất kỳ khía cạnh nào của vũ trụ khiến cấu trúc không thời gian phình to ngày càng nhanh hơn, liên tục đẩy các thiên hà ra xa nhau nhanh hơn.Người ta cho rằng nó chiếm khoảng 70% vật chất và năng lượng của vũ trụ. "Vật chất" bí ẩn được gọi là vật chất tối chiếm 25% nữa, và vật chất thông thường bao gồm các ngôi sao, hành tinh, mặt trăng, cơ thể chúng ta và con mèo nhà bên chỉ chiếm 5%. Về cơ bản, mọi thứ chúng ta hiểu về vũ trụ, bao gồm tất cả hóa học và sinh học đều được gói gọn trong 5% đó!
"Phỏng đoán tốt nhất" hiện tại về danh tính của năng lượng tối là hằng số vũ trụ học, năng lượng chân không của không gian năng lượng, được đưa vào chiếc bánh mà chúng ta gọi là mô hình chuẩn của vũ trụ học hoặc mô hình Vật chất tối lạnh Lambda (LCDM). Tuy nhiên, mô hình này được xây dựng dựa trên giả định rằng năng lượng tối, được biểu thị bằng chữ cái Hy Lạp lambda (Λ), là hằng số theo thời gian.
Năng lượng chân không mô tả mật độ các hạt xuất hiện và biến mất. Trong khi "cái gì đó" xuất hiện từ "không có gì" nghe có vẻ điên rồ, bạn có thể nghĩ về nó như vũ trụ có một cơ sở thấu chi. Các cặp hạt ảo được phép "mượn" một số năng lượng từ vũ trụ để tồn tại miễn là chúng trả lại bằng cách gặp nhau và hủy diệt lẫn nhau.
Khi xem xét riêng lẻ, những phát hiện của DESI thực sự không thách thức bức tranh về năng lượng tối được phát triển trong mô hình LCDM. Khi dữ liệu DESI được so sánh với các phép đo khác của vũ trụ, các vấn đề với hằng số vũ trụ học bắt đầu xuất hiện.
DESI ám chỉ, và không phải lần đầu tiên, rằng năng lượng tối không là hằng số mà đang thay đổi theo thời gian. Cụ thể, "lực đẩy" tăng tốc này dường như đang yếu đi.
Các phép đo này bao gồm các quan sát của chúng tôi về ánh sáng "hóa thạch" còn sót lại từ một sự kiện xảy ra ngay sau Vụ nổ lớn được gọi là "sự tán xạ cuối cùng", khi vũ trụ đã giãn nở và nguội đi đủ để cho phép các electron liên kết với các proton và hình thành các nguyên tử trung tính đầu tiên.
Sự biến mất của các electron tự do đột nhiên cho phép các photon, các hạt tạo nên ánh sáng, di chuyển tự do. Nói cách khác, nó giống như sương mù vũ trụ đã tan đi, và vũ trụ trở nên trong suốt. Ánh sáng đầu tiên này được gọi là "nền vi sóng vũ trụ" hay "CMB", và nó vẫn có thể được quan sát thấy cho đến ngày nay.
Những biến thể nhỏ hoặc "nếp nhăn" đã được "đóng băng vào" CMB bởi những dao động trong mật độ vật chất trong vũ trụ sơ khai được gọi là dao động âm thanh baryon (BAO). Khi vũ trụ tiếp tục giãn nở, những nếp nhăn này cũng vậy. Do đó, nếp nhăn BAO có thể hoạt động như một thước đo chuẩn cho sự giãn nở của vũ trụ, với kích thước của chúng thay đổi theo các thời điểm vũ trụ khác nhau. Biến thể này phát sinh do tốc độ giãn nở của vũ trụ vào thời điểm đó.
Do đó, việc đo BAO cho thấy sức mạnh của năng lượng tối trong suốt lịch sử của vũ trụ và DESI có thể thực hiện điều này chính xác hơn bất kỳ công cụ nào khác.
Những thay đổi trong chính năng lượng tối cũng được ám chỉ khi dữ liệu DESI được so sánh với các quan sát về siêu tân tinh loại Ia, các vụ nổ vũ trụ xảy ra khi sao lùn trắng các ngôi sao "ăn quá nhiều" một ngôi sao đồng hành. Vật liệu bị đánh cắp này tích tụ trên bề mặt của tàn dư sao cho đến khi một cuộc chạy trốn nhiệt hạch được kích hoạt.
Siêu tân tinh loại Ia rất đồng đều về mặt sản lượng ánh sáng của chúng đến mức các nhà thiên văn học có thể sử dụng chúng như "nến chuẩn" để đo khoảng cách vũ trụ. Trên thực tế, siêu tân tinh loại Ia là một phần không thể thiếu trong khám phá rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc, nguồn gốc của năng lượng tối, vào năm 1998.
Những phép đo khoảng cách này có thể thực hiện được vì một hiện tượng gọi là "độ dịch chuyển đỏ", xảy ra khi bước sóng của ánh sáng truyền đi bị kéo dài khi nó băng qua vũ trụ đang giãn nở. Ánh sáng truyền đi càng lâu thì sự dịch chuyển càng lớn về phía "đầu đỏ" có bước sóng dài của quang phổ điện từ. Điều đó có nghĩa là việc đo độ dịch chuyển đỏ của một nguồn sáng rất phổ biến và nhất quán, một ngọn nến chuẩn, có thể cung cấp các phép đo khoảng cách.
Dữ liệu DESI cũng có thể được kết hợp với các quan sát về hiệu ứng được gọi là "thấu kính hấp dẫn", sự biến dạng của ánh sáng từ các thiên hà xa xôi bởi các vật thể có khối lượng lớn ở tiền cảnh để cho thấy dấu hiệu của năng lượng tối đang tiến hóa.
Sự tiến hóa của năng lượng tối vẫn chưa đủ mạnh để được coi là một "khám phá", nhưng các kết hợp khác nhau của dữ liệu với các quan sát khác đang thúc đẩy khái niệm này hướng tới thứ được coi là "tiêu chuẩn vàng" trong vật lý cho một xác định như vậy.
Các nhà thiên văn học chuẩn bị lặn sâu vào dữ liệu DESI
Ngoài việc công bố những kết quả năng lượng tối mới nhất này vào thứ Tư (ngày 19 tháng 3), sự hợp tác DESI cũng thông báo rằng Bản phát hành dữ liệu 1 (DR1) của họ hiện đã có sẵn để bất kỳ ai cũng có thể khám phá thông qua Trung tâm máy tính khoa học nghiên cứu năng lượng quốc gia (NERSC).DR1 chứa thông tin liên quan đến 18,7 triệu vật thể vũ trụ, bao gồm khoảng 4 triệu ngôi sao, 13,1 triệu thiên hà và 1,6 triệu quasar.
Luz Ángela García Peñaloza, cựu thành viên nhóm DESI và là nhà vũ trụ học tại Đại học ECCI ở Colombia chỉ là một trong những nhà khoa học vui mừng với kết quả DESI mới và thực tế là DR1 hiện đã có thể được cộng đồng thiên văn học nói chung biết đến. nói với Space.com.
"Tôi cũng rất vui mừng khi biết DESI đã công bố thông tin về độ dịch chuyển đỏ của khoảng 19 triệu thiên hà và quasar. Chúng tôi đã tăng số lượng thiên hà được xác định lên gấp bội trong vòng chưa đầy 10 năm!" García Peñaloza cho biết. "Kết quả hấp dẫn nhất trong tất cả là các tập hợp quan sát khác nhau, sự kết hợp giữa BAO từ DESI với dữ liệu CMB từ Planck và ba tập hợp chính về khoảng cách độ sáng của siêu tân tinh loại Ia đang đưa ra lập luận mạnh mẽ hơn cho mô hình năng lượng tối đang tiến hóa, không ủng hộ hằng số vũ trụ học.
"Điều này ngày càng phù hợp hơn với các thử nghiệm vũ trụ học độc lập khác dường như đang mở ra một cơ hội cho những cách mới để khám phá và nghiên cứu năng lượng tối và sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ."
Các câu chuyện liên quan:
— Kết quả của thiết bị đo năng lượng tối 'gây sốc' cho thấy Einstein đã đúng về lực hấp dẫn — một lần nữa
— Theo một cách nào đó, Space.com và vũ trụ tối đã cùng nhau phát triển
— Năng lượng tối có thể yếu đi, cho thấy vũ trụ sẽ kết thúc trong một 'Vụ co lớn'
Việc có sẵn dữ liệu DR1 có nghĩa là các nhà thiên văn học bên ngoài cộng tác DESI hiện có thể đào sâu vào bộ dữ liệu khổng lồ này được thu thập từ tháng 5 năm 2021 đến tháng 6 năm 2022.
"Kết quả của chúng tôi là nền tảng màu mỡ cho các đồng nghiệp lý thuyết của chúng tôi khi họ xem xét các mô hình mới và hiện có, và chúng tôi rất vui mừng khi thấy những gì họ đưa ra", giám đốc DESI Michael Levi, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Berkeley, cho biết. "Bất kể bản chất của năng lượng tối là gì, nó sẽ định hình tương lai của vũ trụ của chúng ta.
"Thật đáng kinh ngạc khi chúng ta có thể nhìn lên bầu trời bằng kính viễn vọng và cố gắng trả lời một trong những câu hỏi lớn nhất mà nhân loại từng đặt ra."
Trong khi đó, nhóm hợp tác DESI đang chuẩn bị bắt đầu các phân tích bổ sung về tập dữ liệu mới để trích xuất nhiều phát hiện hơn nữa khi chính DESI tiếp tục thu thập dữ liệu trong năm hoạt động thứ tư của mình.
"Thật tuyệt vời", García Peñaloza kết luận. "Thật là thời điểm để sống và trở thành nhà vũ trụ học!"
Dữ liệu DESI được thảo luận trong một loạt các bài báo có sẵn tại đây.