Hằng số Hubble là một đơn vị mô tả tốc độ mở rộng của vũ trụ ở các khoảng cách khác nhau từ một điểm cụ thể trong không gian. Đó là một trong những nền tảng quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của vũ trụ - và các nhà nghiên cứu bị sa lầy trong một cuộc tranh luận về giá trị thực của nó.
Làm thế nào hằng số Hubble được phát hiện
Hằng số Hubble lần đầu tiên được tính toán vào những năm 1920, bởi nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble. Ông phát hiện ra rằng các thiên thể mờ, giống như đám mây là các thiên hà xa xôi ngồi bên ngoài dải ngân hà của chúng ta, theo NASA.
Trước đó, nhà thiên văn học người Mỹ, Henrietta Leavitt đã chỉ ra rằng các ngôi sao đặc biệt gọi là biến Cepheid, có độ sáng thường xuyên tăng và giảm, có mối tương quan chặt chẽ giữa thời kỳ biến đổi và độ sáng nội tại của chúng. Khi biết được Cepheid thực sự sáng đến mức nào và ánh sáng của nó xuất hiện mờ như thế nào khi nhìn từ Trái đất, Hubble có thể lấy được khoảng cách của Cepheid.
Những gì Hubble tìm thấy là đáng chú ý. Tất cả các thiên hà trong vũ trụ dường như đang di chuyển ra khỏi hành tinh của chúng ta. Hơn nữa, một thiên hà càng xa thì nó càng rút đi nhanh hơn. Quan sát này, mà Hubble thực hiện năm 1929, đã trở thành nền tảng cho cái được gọi là định luật của Hubble, nói rằng có một mối quan hệ giữa khoảng cách một vật thể trong vũ trụ là từ chúng ta và tốc độ mà nó đang rút đi, theo một người giải thích từ Đại học Cornell.
Nhân tiện, Trái đất không ở một vị trí đặc quyền nào đó ở trung tâm vũ trụ. Bất kỳ người quan sát tại bất kỳ nơi nào trong vũ trụ sẽ thấy rằng các thực thể trên trời đang di chuyển đi với tốc độ tăng dần theo khoảng cách.
Sử dụng dữ liệu của mình, Hubble đã cố gắng ước tính hằng số mang tên mình, với giá trị khoảng 342.000 dặm / giờ / triệu năm ánh sáng, hoặc 501 km mỗi giây trên mỗi megapixel (Mpc) trong các đơn vị vũ trụ học. (Một megapixel tương đương với 3,26 triệu năm ánh sáng.) Các kỹ thuật hiện đại chính xác hơn đã tinh chỉnh phép đo ban đầu này và cho thấy rằng nó cao hơn khoảng 10 lần.
Tại sao hằng số Hubble liên tục thay đổi
Nhưng chính xác Hubble đã nghỉ bao nhiêu vẫn là vấn đề gây tranh cãi. Vào những năm 1990, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng các siêu tân tinh ở xa mờ hơn, và do đó ở xa hơn so với những gì họ nghi ngờ trước đây. Phát hiện này chỉ ra rằng vũ trụ không chỉ mở rộng mà còn tăng tốc trong quá trình mở rộng. Kết quả đòi hỏi phải bổ sung năng lượng tối - một thế lực bí ẩn đẩy mọi thứ trong vũ trụ ra - vào mô hình vũ trụ của các nhà vũ trụ.
Sau sự ngạc nhiên này, các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác định tốc độ gia tốc vũ trụ, để tìm ra cách vũ trụ bắt đầu và phát triển, và số phận cuối cùng của nó sẽ ra sao. Dữ liệu từ các biến Cepheid và các nguồn vật lý thiên văn khác đã tính hằng số Hubble là 50.400 dặm / giờ trong một triệu năm ánh sáng (73,4 km / s / Mpc) trong năm 2016.
Nhưng một số thay thế đã được lấy từ thông tin từ vệ tinh Planck của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu. Tàu vũ trụ đã dành 10 năm qua để thực hiện các phép đo về nền vi sóng vũ trụ - tiếng vang từ Vụ nổ lớn chứa dữ liệu về các thông số cơ bản của vũ trụ. Planck đã tìm thấy hằng số Hubble là 46.200 dặm / giờ ánh sáng (67,4 km / s / Mpc) vào năm 2018.
Hai giá trị có vẻ không khác nhau lắm. Nhưng mỗi cái đều cực kỳ chính xác và chúng không chứa sự chồng chéo giữa các thanh lỗi của chúng. Nếu ước tính Cepheid sai, điều đó có nghĩa là tất cả các phép đo khoảng cách của các nhà thiên văn học đã không chính xác kể từ thời Hubble. Nếu ước tính thứ hai là sai, thì vật lý mới và kỳ lạ sẽ phải được đưa vào mô hình vũ trụ của các nhà vật lý. Cho đến nay, không có nhóm các nhà khoa học xác định các con số đã sẵn sàng thừa nhận bất kỳ sai lầm đo lường lớn nào.
Vào tháng 7 năm 2019, các nhà thiên văn học đã sử dụng một kỹ thuật mới để đưa ra một tính toán mới về hằng số Hubble. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu ánh sáng của những ngôi sao khổng lồ đỏ, tất cả đều đạt cùng độ sáng cực đại vào cuối đời. Điều này có nghĩa là, cũng như với Cepheids, các nhà thiên văn học có thể nhìn vào cách các ngôi sao khổng lồ màu đỏ mờ xuất hiện từ Trái đất và ước tính khoảng cách của chúng. Giá trị mới nằm ngay giữa hai cái cũ - 47.300 dặm / triệu năm ánh sáng (69,8 km / s / Mpc) - nhưng các nhà khoa học vẫn chưa tuyên bố chiến thắng.
"Chúng tôi muốn tạo ra một chiếc máy bẻ khóa", Barry Madore, nhà thiên văn học tại Đại học Chicago và là thành viên của nhóm thực hiện phép đo mới nhất, nói với Live Science. "Nhưng nó không nói bên này hay bên kia là đúng. Nó nói có nhiều dốc hơn mọi người nghĩ trước đây."
Cuộc tranh luận vẫn tiếp tục. Một số người cho rằng Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO), nhìn vào các gợn sóng trong kết cấu không gian do các sao neutron xa đâm vào nhau, có thể cung cấp một điểm dữ liệu độc lập khác. Những người khác đang tìm kiếm thấu kính hấp dẫn, xảy ra khi các vật thể cực lớn uốn cong và uốn cong không-thời gian như kính lúp, cung cấp một cái nhìn vào các thực thể thậm chí xa hơn, để làm rõ sự khác biệt. Nhưng hiện tại, không ai chắc chắn câu trả lời cuối cùng về hằng số Hubble sẽ xuất hiện ở đâu và khi nào.
