Năm 1929, Edwin Hubble mãi mãi thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ bằng cách cho thấy Vũ trụ đang ở trạng thái giãn nở. Đến những năm 1990, các nhà thiên văn học đã xác định rằng tốc độ mà nó đang mở rộng đang thực sự tăng tốc, từ đó dẫn đến lý thuyết về Năng lượng tối của Hồi. Kể từ thời điểm đó, các nhà thiên văn học và vật lý học đã tìm cách xác định sự tồn tại của lực này bằng cách đo lường tầm ảnh hưởng của nó đối với vũ trụ.
Những nỗ lực mới nhất đến từ Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), nơi một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế tuyên bố rằng họ đã hoàn thành việc tạo ra các phép đo chính xác nhất về Vũ trụ cho đến nay. Được biết đến như là Khảo sát quang phổ dao động Baryon (BOSS), các phép đo của họ đã đặt ra những hạn chế mới đối với các tính chất của Năng lượng tối.
Các phép đo mới được trình bày bởi nhà thiên văn học của Đại học Harvard Daniel Eisenstein tại một cuộc họp gần đây của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ. Là giám đốc của Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan III (SDSS-III), ông và nhóm của mình đã dành mười năm qua để đo vũ trụ và sự dao động định kỳ về mật độ của vật chất bình thường để xem các thiên hà được phân phối trên khắp vũ trụ như thế nào.
Và sau một thập kỷ nghiên cứu, nhóm BOSS đã có thể tạo ra một bản đồ ba chiều về vũ trụ bao phủ hơn sáu tỷ năm ánh sáng. Và trong khi các cuộc khảo sát gần đây khác đã nhìn xa hơn - lên tới khoảng cách 9 và 13 tỷ năm ánh sáng - bản đồ BOSS là duy nhất ở chỗ nó tự hào có độ chính xác cao nhất của bất kỳ bản đồ vũ trụ nào.
Trên thực tế, nhóm BOSS đã có thể đo lường sự phân bố của các thiên hà trong vũ trụ và ở khoảng cách 6 tỷ năm ánh sáng, trong phạm vi sai số 1% chưa từng thấy. Xác định bản chất của các vật thể vũ trụ ở khoảng cách lớn không phải là vấn đề dễ dàng, do ảnh hưởng của thuyết tương đối. Như Tiến sĩ Eisenstein đã nói với Tạp chí Không gian qua email:
Khoảng cách là một thách thức lâu dài trong thiên văn học. Trong khi con người thường có thể phán đoán khoảng cách vì tầm nhìn hai mắt của chúng ta, các thiên hà ngoài Dải Ngân hà còn quá xa để sử dụng điều đó. Và bởi vì các thiên hà có nhiều kích cỡ nội tại, nên rất khó để đánh giá khoảng cách của chúng. Nó giống như nhìn vào một ngọn núi xa; một phán đoán về khoảng cách của nó được gắn với một phán đoán về chiều cao của nó.
Trước đây, các nhà thiên văn học đã thực hiện các phép đo chính xác của các vật thể trong vũ trụ địa phương (ví dụ như các hành tinh, các ngôi sao lân cận, các cụm sao) bằng cách dựa vào mọi thứ từ radar đến dịch chuyển đỏ - mức độ mà bước sóng ánh sáng bị dịch chuyển về phía đầu đỏ của phổ. Tuy nhiên, khoảng cách của một vật thể càng lớn thì mức độ không chắc chắn càng lớn.
Và cho đến nay, chỉ những vật thể cách Trái đất vài nghìn năm ánh sáng - tức là trong thiên hà Milky Way - mới có khoảng cách đo được trong phạm vi sai số một phần trăm. Là dự án lớn nhất trong bốn dự án tạo nên Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), điều làm nên sự khác biệt của BOSS là thực tế là nó chủ yếu dựa vào phép đo của cái được gọi là dao động âm thanh baryon (BAOs).
Đây thực chất là những gợn sóng định kỳ tinh tế trong việc phân phối vật chất baryonic có thể nhìn thấy (tức là bình thường) trong vũ trụ. Daniel Eisenstein giải thích:
BOSS BOSS đo lường sự mở rộng của Vũ trụ theo hai cách chính. Đầu tiên là bằng cách sử dụng các dao động âm thanh baryon (do đó tên của khảo sát). Sóng âm truyền trong 400.000 năm đầu tiên sau Vụ nổ lớn tạo ra thang đo ưa thích để phân tách các cặp thiên hà. Bằng cách đo sự phân tách ưa thích này trong một mẫu của nhiều thiên hà, chúng ta có thể suy ra khoảng cách đến mẫu.
Phương pháp thứ hai là đo lường sự phân cụm các thiên hà khác nhau như thế nào giữa các cặp được định hướng dọc theo đường ngắm so với ngang với đường ngắm. Sự giãn nở của Vũ trụ có thể khiến cụm này không đối xứng nếu người ta sử dụng sai lịch sử mở rộng khi chuyển đổi dịch chuyển sang khoảng cách.
Với các phép đo khoảng cách mới, có độ chính xác cao này, các nhà thiên văn học BOSS sẽ có thể nghiên cứu ảnh hưởng của Dark Matter với độ chính xác cao hơn nhiều. Eurrstein cho biết các mô hình năng lượng tối khác nhau khác nhau về cách tăng tốc của sự giãn nở của Vũ trụ theo thời gian. BOSS BẠC đang đo lịch sử mở rộng, cho phép chúng ta suy ra tốc độ tăng tốc. Chúng tôi tìm thấy kết quả rất phù hợp với dự đoán của mô hình hằng số vũ trụ, nghĩa là mô hình trong đó năng lượng tối có mật độ không đổi theo thời gian.
Ngoài việc đo lường sự phân bố vật chất bình thường để xác định ảnh hưởng của Năng lượng tối, Cộng tác SDSS-III đang làm việc để lập bản đồ Dải Ngân hà và tìm kiếm các hành tinh ngoài hệ mặt trời. Các phép đo BOSS được trình bày chi tiết trong một loạt các bài báo đã được gửi tới các tạp chí bởi sự cộng tác của BOSS vào tháng trước, tất cả chúng đều có sẵn trực tuyến.
Và BOSS không phải là nỗ lực duy nhất để hiểu cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ của chúng ta và làm thế nào tất cả các lực lượng bí ẩn của nó đã định hình nó. Mới tháng trước, Giáo sư Stephen Hawking tuyên bố rằng trung tâm siêu máy tính COSMOS tại Đại học Cambridge sẽ tạo ra bản đồ 3D chi tiết nhất về Vũ trụ cho đến nay.
Dựa vào dữ liệu thu được từ dữ liệu CMB thu được từ vệ tinh ESA Lảng Planck và thông tin từ Khảo sát Năng lượng tối, họ cũng hy vọng đo được ảnh hưởng của Năng lượng tối đối với sự phân bố vật chất trong Vũ trụ của chúng ta. Ai biết? Trong một vài năm, chúng ta rất có thể hiểu được làm thế nào tất cả các lực lượng cơ bản chi phối Vũ trụ phối hợp với nhau.
