Thiên hà mô phỏng được hình dung từ trên cao, với các vùng trung tâm tối tương ứng với các lực tiêu chuẩn và các vùng màu vàng sáng tương ứng với các lực được sửa đổi.
(Ảnh: © Christian Arnold / Baojiu Li / Đại học Durham.)
Một nhóm các nhà khoa học đã tạo ra một mô phỏng máy tính về vũ trụ để thử nghiệm một lý thuyết thay thế cho thuyết tương đối rộng của Albert Einstein.
Nghiên cứu của họ cho thấy các thiên hà tương tự như Dải Ngân hà của chúng ta vẫn có thể hình thành trong vũ trụ với các định luật hấp dẫn được sửa đổi, cho thấy rằng thuyết tương đối không phải là cách duy nhất để giải thích vai trò của lực hấp dẫn trong quá trình tiến hóa của vũ trụ.
Các nhà vật lý từ Đại học Durham ở Anh đã tạo ra các mô phỏng máy tính bằng cách sử dụng một mô hình thay thế hàng đầu cho lực hấp dẫn gọi là "f (R) -gravity", còn được gọi là "Thuyết Chameleon", làm thay đổi hành vi của trọng lực theo môi trường xung quanh. Các mô phỏng cho thấy mô hình trọng lực được sửa đổi vẫn có thể dẫn đến sự hình thành thiên hà.
"Các lý thuyết trọng lực đã được sửa đổi, bao gồm cả [Lý thuyết] Tắc kè hoa, đã được cộng đồng nghiên cứu trong một thời gian, và rất nhiều dự đoán của chúng đã được biết đến", Baojiu Li, nhà vật lý học tại Viện Vũ trụ Điện toán tại Đại học Durham và đồng tác giả của nghiên cứu mới, nói với Space.com. "Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu trước đây được thực hiện với sự đơn giản hóa quan trọng - giả định rằng vũ trụ chỉ chứa vật chất tối và không có vật chất phát sáng."
Một trong những câu hỏi chưa được trả lời trong vũ trụ học là lý do vũ trụ đang giãn nở, Li nói và các mô hình khác đã cố gắng trả lời câu hỏi đó bằng cách đưa ra một lực không xác định gọi là năng lượng tối. Lực không đổi này trong lý thuyết tương đối rộng có thể giải thích cho sự giãn nở của vũ trụ, nhưng làm như vậy bằng cách bao gồm một lượng lớn vật chất tối không thể quan sát được và vẫn chưa được xác nhận.
Các nhà khoa học tin rằng khoảng 68% vũ trụ được tạo thành từ năng lượng tối, trong khi vật chất tối chiếm 27%; vật chất bình thường, bao gồm các vật thể có thể nhìn thấy được đối với chúng ta như các hành tinh, sao và thiên hà, chiếm khoảng 5%.
"Tuy nhiên, các giải pháp thay thế cho hằng số vũ trụ, giải thích sự giãn nở tăng tốc bằng cách sửa đổi định luật hấp dẫn, như f (R) -gravity, cũng được xem xét rộng rãi khi biết ít về năng lượng tối, Li Li nói thêm.
Nghiên cứu cũng xem xét ảnh hưởng của trọng lực biến đổi lên các lỗ đen siêu lớn, đẩy nhiệt và vật chất đốt cháy khí cần thiết để hình thành sao. Năng lượng phát ra từ các lỗ đen cũng cung cấp năng lượng cho các hạt nhân được tìm thấy trong các thiên hà và do đó đóng vai trò chính trong sự hình thành thiên hà.
Tuy nhiên, các phát hiện cho thấy rằng, ngay cả với các định luật trọng lực khác nhau làm giảm lượng nhiệt bị đẩy ra bởi các lỗ đen, các thiên hà vẫn hình thành trong mô hình mô phỏng của vũ trụ giống như chúng làm trong vũ trụ thực tế.
"Bản thân nghiên cứu không nói gì về tính hợp lệ của thuyết tương đối rộng, nhưng nó chỉ ra những điều có thể mà người ta có thể nhìn vào khi cố gắng phân biệt Lý thuyết Chameleon với thuyết tương đối rộng với dữ liệu trong tương lai", Li nói.
Các nhà nghiên cứu có kế hoạch thử nghiệm các quan sát của họ thông qua Square Kilometer Array, một nhóm các kính viễn vọng vô tuyến ở Úc và Nam Phi dự kiến sẽ hoạt động vào giữa năm 2020.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Thiên văn học thiên nhiên vào ngày 8/7.
- Lý thuyết về trọng lực của Einstein đã vượt qua bài kiểm tra khó khăn nhất cho đến nay
- Cách đây 100 năm, một thí nghiệm Nhật thực toàn phần về mặt trời đã khẳng định thuyết tương đối của Einstein
- 'Ống kính trọng lực mặt trời' có thể mang ngoại hành tinh vào tiêu điểm sắc nét
