Vũ trụ mở rộng nhanh như thế nào? Đó là một câu hỏi mà các nhà thiên văn học thiên đường đã có thể trả lời chính xác. Họ có một tên cho tốc độ mở rộng của Vũ trụ: Hằng số Hubble, hoặc Định luật Hubble. Nhưng các phép đo liên tục đưa ra các giá trị khác nhau và các nhà thiên văn học đã tranh luận qua lại về vấn đề này trong nhiều thập kỷ.
Ý tưởng cơ bản đằng sau việc đo hằng số Hubble là xem xét các nguồn sáng ở xa, thường là một loại siêu tân tinh hoặc các ngôi sao biến đổi được gọi là candles nến tiêu chuẩn, đèn và để đo sự dịch chuyển màu đỏ của ánh sáng. Nhưng bất kể các nhà thiên văn học làm điều đó như thế nào, họ có thể đưa ra một giá trị theo thỏa thuận, chỉ một loạt các giá trị. Một nghiên cứu mới liên quan đến chuẩn tinh và thấu kính hấp dẫn có thể giúp giải quyết vấn đề.
Vũ trụ đang mở rộng không phải là vấn đề. Chúng tôi đã biết điều này trong khoảng 100 năm. Ánh sáng từ các thiên hà xa xôi bị dịch chuyển màu đỏ khi chúng di chuyển ra xa chúng ta và đo lường sự dịch chuyển màu đỏ đã tạo ra các giá trị khác nhau cho sự mở rộng phổ quát.
Hằng số Hubble liên tục neo quy mô vật lý của vũ trụ.
Simon Birrer, học giả sau tiến sĩ UCLA và là tác giả chính của nghiên cứu.
Tốc độ mở rộng được đo bằng km trên giây trên mỗi Megaparsec, được viết là (km / s) / Mpc. Vì vậy, ví dụ, thứ gì đó mở rộng với tốc độ 10 (km / s) / Mpc có nghĩa là hai điểm trong không gian cách nhau 1 megapixel (tương đương 3,26 triệu năm ánh sáng) đang chạy xa nhau với tốc độ 10 km mỗi thứ hai.
Khi được phát hiện lần đầu tiên vào những năm 1920, tốc độ mở rộng được cho là 625 kps / Mpc. Nhưng bắt đầu từ những năm 1950, nghiên cứu tốt hơn đã đo được nó dưới 100 kps / Mpc. Trong vài thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã đo tốc độ mở rộng và đưa ra tốc độ trong khoảng từ 67 đến 77 kps / Mpc.
Nhưng khoa học đã thắng chấp nhận một loạt các câu trả lời cho một cái gì đó nên có một giá trị. Nó sẽ là khoa học nếu nó đã làm. Vì vậy, các nhà khoa học tiếp tục thử nhiều cách khác nhau để đo hằng số Hubble để xem liệu họ có thể làm đúng hay không, bởi vì hằng số Hubble không chỉ là một phép đo sự giãn nở của vũ trụ.
Hằng số Hubble liên kết với quy mô vật lý của vũ trụ, ông Simon Birrer, một học giả sau tiến sĩ của UCLA và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết. Nếu không có giá trị chính xác cho hằng số Hubble, các nhà thiên văn học có thể xác định chính xác kích thước của các thiên hà xa xôi, tuổi của vũ trụ hoặc lịch sử mở rộng của vũ trụ. Vì vậy, làm cho nó đúng là một vấn đề lớn.
Một nghiên cứu mới vừa được công bố trên Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia đang thử một phương pháp mới để đo Hằng số Hubble. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi một nhóm các nhà thiên văn học tại UCLA, và dựa vào các quasar ở xa có ánh sáng trải qua thấu kính hấp dẫn trước khi nó tới Trái đất.
Chuẩn tinh là những vật thể siêu sáng. Họ cũng gọi là hạt nhân thiên hà hoạt động, bởi vì họ đã nghĩ là do các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của các thiên hà. Bức xạ điện từ mà chúng phát ra được gây ra bởi đĩa bồi tụ xung quanh lỗ đen. Khi đĩa vật chất xung quanh lỗ tăng tốc, nó phát ra một lượng năng lượng khổng lồ.
Vì các quasar rất sáng, chúng có thể được nhìn thấy từ khoảng cách rộng lớn. Điều này làm cho chúng không chỉ là đối tượng nghiên cứu hấp dẫn, mà còn hữu ích như những điểm đánh dấu để nghiên cứu Luật Hubble.
Thấu kính hấp dẫn xảy ra khi nguồn sáng từ một vật thể cực xa, các quasar trong nghiên cứu này, bắt gặp một thiên hà can thiệp trước khi nó tới được các quan sát viên trên Trái đất. Khối lượng cực lớn của thiên hà đủ để bẻ cong ánh sáng, tương tự như cách mà một thấu kính thủy tinh làm. Kết quả là một loại ‘ngôi nhà của hiệu ứng gương. Hình ảnh dưới đây cho thấy nó trông như thế nào. Việc phát hiện ra thấu kính hấp dẫn có liên quan mật thiết nhất với Einstein, mặc dù nó đã được quan sát cho đến năm 1979.
Nghiên cứu này tập trung vào các quasar đôi. Một quasar đôi, đôi khi được gọi là chuẩn tinh đôi, là hai quasar gần nhau, nhưng thay vào đó là một hiệu ứng của thấu kính hấp dẫn. Với một quasar kép, ánh sáng của chúng được thấu kính xung quanh một thiên hà can thiệp trước khi đến Trái đất, tạo ra hai hình ảnh của chuẩn tinh. Không có nghiên cứu nào trước đây đã sử dụng chúng để cố gắng xác định tốc độ mở rộng của vũ trụ.
Khi ánh sáng từ chuẩn tinh được uốn quanh thiên hà giao thoa, tạo ra hai hình ảnh của cùng một chuẩn tinh, nó tạo ra một cơ hội quan sát độc đáo. Ánh sáng tạo ra các hình ảnh riêng biệt của chuẩn tinh truyền đi một con đường khác nhau đến mỗi hình ảnh. Khi ánh sáng từ chuẩn tinh dao động, có một độ trễ giữa độ nhấp nháy trong mỗi hình ảnh.
Bằng cách đo độ trễ thời gian giữa các flickers và bằng cách biết khối lượng của thiên hà can thiệp, nhóm nghiên cứu đã suy ra khoảng cách giữa Trái đất, thiên hà thấu kính và chuẩn tinh. Biết được các dịch chuyển đỏ của chuẩn tinh và thiên hà cho phép các nhà khoa học ước tính vũ trụ đang giãn nở nhanh như thế nào.
Nghiên cứu này tập trung vào chuẩn tinh kép có tên SDSS J1206 + 4332, và cũng dựa vào dữ liệu từ Kính viễn vọng Không gian Hubble, Gemini và W.M. Các đài quan sát Keck, và từ Giám sát vũ trụ của các thấu kính hấp dẫn, hay COSMOGRAIL, mạng. Nhóm nghiên cứu đã dành nhiều năm để chụp ảnh hàng ngày về chuẩn tinh kép, điều này mang lại cho họ các phép đo rất chính xác về độ trễ thời gian giữa các lần nhấp nháy. Khi kết hợp với các dữ liệu khác, nó đã cung cấp cho các nhà thiên văn học một trong những phép đo tốt nhất của Hằng số Hubble.
Tommasso Treu, giáo sư vật lý và thiên văn học UCLA, tác giả của cuốn sách này cho biết, điều tuyệt vời của phép đo này là nó rất bổ trợ và độc lập với những người khác.
Vì vậy, làm thế nào nhanh chóng được mở rộng?
Vũ trụ thì vũ trụ phức tạp hơn một chút.
Tommasso Treu, giáo sư vật lý và thiên văn học UCLA.
Nhóm nghiên cứu đã đưa ra giá trị cho Hằng số Hubble là 72,5 km mỗi giây trên mỗi megapixel. Điều này đặt nó phù hợp với các phép đo khác sử dụng siêu tân tinh ở xa làm nến tiêu chuẩn để đo Hằng số Hubble. Nhưng nó lại cao hơn khoảng 7% so với các phép đo dựa trên nền vi sóng vũ trụ để đo nó.
Đây không phải là kết thúc của cuộc tranh luận về Luật Hubble. Vẫn có sự khác biệt dai dẳng giữa các phương pháp đo lường. Nó có nghĩa là gì? Nếu có sự khác biệt thực tế giữa các giá trị đó, điều đó có nghĩa là vũ trụ phức tạp hơn một chút, theo Tre Treu nói. Treu cũng nói rằng một trong những phép đo, hoặc thậm chí cả ba, đều sai.
Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục với phương pháp đo thấu kính chuẩn tinh của họ. Họ nhìn vào 40 quasar tăng gấp bốn lần để hy vọng cung cấp cho họ một phép đo chính xác hơn nữa về tốc độ mở rộng của vũ trụ.
Nguồn:
- Tài liệu nghiên cứu: H0LiCOW - IX. Phân tích vũ trụ của quasar SDSS 1206 + 4332 được chụp hình đôi và một phép đo mới của hằng số Hubble
- Thông cáo báo chí của UCLA: Thấy gấp đôi có thể giúp giải quyết tranh chấp về việc vũ trụ đang mở rộng nhanh như thế nào
- H0LiCOW
- Mục nhập Wikipedia: Luật Hubble
