Vào những năm 1920, Edwin Hubble đã đưa ra một tiết lộ đột phá rằng Vũ trụ đang ở trong tình trạng giãn nở. Ban đầu được dự đoán là hệ quả của Thuyết Einstein Thuyết tương đối rộng, sự xác nhận này đã dẫn đến cái được gọi là Hằng số Hubble. Trong những thập kỷ đảm bảo, và nhờ vào việc triển khai các kính viễn vọng thế hệ tiếp theo - như Kính thiên văn vũ trụ Hubble (HST) được đặt tên khéo léo - các nhà khoa học đã buộc phải sửa đổi luật này.
Nói tóm lại, trong vài thập kỷ qua, khả năng nhìn xa hơn vào không gian (và sâu hơn vào thời gian) đã cho phép các nhà thiên văn học thực hiện các phép đo chính xác hơn về việc Vũ trụ sơ khai mở rộng nhanh như thế nào. Và nhờ một cuộc khảo sát mới được thực hiện bằng Hubble, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã có thể tiến hành các phép đo chính xác nhất về tốc độ mở rộng của Vũ trụ cho đến nay.
Cuộc khảo sát này được thực hiện bởi nhóm Supernova H0 cho nhóm Phương trình Nhà nước (SH0ES), một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đang thực hiện nhiệm vụ cải tiến tính chính xác của Hubble Constant kể từ năm 2005. Nhóm này được dẫn dắt bởi Adam Reiss of the Space Viện Khoa học Kính viễn vọng (STScI) và Đại học Johns Hopkins, và bao gồm các thành viên của Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ, Viện Neils Bohr, Đài quan sát Thiên văn Quang học Quốc gia, và nhiều trường đại học và viện nghiên cứu có uy tín.
Nghiên cứu mô tả những phát hiện của họ gần đây đã xuất hiện trong Tạp chí Vật lý thiên văn dưới tiêu đề Khoảng cách siêu tân tinh loại Ia tại Redshift> 1,5 từ Kính thiên văn vũ trụ Hubble Các chương trình kho bạc nhiều chu kỳ: Tỷ lệ mở rộng sớm. Vì lợi ích của nghiên cứu và phù hợp với mục tiêu dài hạn của họ, nhóm nghiên cứu đã tìm cách xây dựng một thang khoảng cách mới và chính xác hơn.
Công cụ này là cách các nhà thiên văn học đã đo khoảng cách trong vũ trụ theo cách truyền thống, bao gồm việc dựa vào các điểm đánh dấu khoảng cách như các biến Cepheid - các ngôi sao xung có khoảng cách có thể được suy ra bằng cách so sánh độ sáng nội tại của chúng với độ sáng rõ ràng của chúng. Các phép đo này sau đó được so sánh với cách ánh sáng từ các thiên hà từ xa được dịch chuyển để xác định tốc độ không gian giữa các thiên hà đang giãn nở nhanh như thế nào.
Từ đó, Hubble Constant có nguồn gốc. Để xây dựng nấc thang xa xôi của họ, Riess và nhóm của ông đã tiến hành các phép đo thị sai bằng cách sử dụng Máy ảnh trường rộng Hubble 3 (WFC3) của tám ngôi sao biến Cepheid mới được phân tích trong Dải ngân hà. Những ngôi sao này cách xa hơn khoảng 10 lần so với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây - trong khoảng từ 6.000 đến 12.000 năm ánh sáng từ Trái đất - và dao động trong khoảng thời gian dài hơn.
Để đảm bảo độ chính xác sẽ giải thích cho sự chao đảo của những ngôi sao này, nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một phương pháp mới trong đó Hubble sẽ đo vị trí ngôi sao một nghìn lần một phút mỗi sáu tháng trong bốn năm. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã so sánh độ sáng của tám ngôi sao này với các Cepheids ở xa hơn để đảm bảo rằng chúng có thể tính toán khoảng cách đến các thiên hà khác với độ chính xác cao hơn.
Sử dụng kỹ thuật mới, Hubble đã có thể nắm bắt sự thay đổi vị trí của những ngôi sao này so với những ngôi sao khác, điều này giúp đơn giản hóa mọi thứ vô cùng. Như Riess đã giải thích trong thông cáo báo chí của NASA:
Phương pháp này cho phép các cơ hội lặp đi lặp lại để đo các chuyển vị cực kỳ nhỏ do thị sai. Bạn có thể đo khoảng cách giữa hai ngôi sao, không chỉ ở một nơi trên máy ảnh, mà hơn và hơn hàng ngàn lần, giảm các lỗi trong phép đo.
So với các khảo sát trước đây, nhóm nghiên cứu đã có thể mở rộng số lượng sao được phân tích đến khoảng cách xa hơn tới 10 lần. Tuy nhiên, kết quả của họ cũng mâu thuẫn với kết quả thu được từ vệ tinh Planck của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), nơi đang đo Bối cảnh Vi sóng Vũ trụ (CMB) - bức xạ còn sót lại do Big Bang tạo ra - kể từ khi nó được triển khai năm 2009.
Bằng cách lập bản đồ CMB, Planck đã có thể theo dõi sự mở rộng của vũ trụ trong giai đoạn đầu của Vũ trụ - tuần hoàn. 378.000 năm sau Vụ nổ lớn. Kết quả Planck sâu dự đoán rằng giá trị hằng số Hubble bây giờ sẽ là 67 km mỗi giây trên mỗi megapixel (3,3 triệu năm ánh sáng) và không thể cao hơn 69 km mỗi giây mỗi megapixel.
Dựa trên sruvey của họ, nhóm Riess lối thu được giá trị 73 km mỗi giây trên mỗi megapixel, chênh lệch 9%. Về cơ bản, kết quả của họ chỉ ra rằng các thiên hà đang di chuyển với tốc độ nhanh hơn so với ngụ ý của các quan sát về Vũ trụ ban đầu. Do dữ liệu của Hubble rất chính xác, các nhà thiên văn học không thể loại bỏ khoảng cách giữa hai kết quả là sai số trong bất kỳ phép đo hoặc phương pháp nào. Như Reiss đã giải thích:
Cộng đồng thực sự đang vật lộn với sự hiểu biết về ý nghĩa của sự khác biệt này Cả hai kết quả đã được thử nghiệm theo nhiều cách, do đó, ngăn chặn một loạt các sai lầm không liên quan. ngày càng có nhiều khả năng đây không phải là một lỗi mà là một tính năng của vũ trụ.
Do đó, những kết quả mới nhất này cho thấy rằng một số lực chưa biết trước đây hoặc một số vật lý mới có thể hoạt động trong Vũ trụ. Về mặt giải thích, Reiss và nhóm của ông đã đưa ra ba khả năng, tất cả đều có liên quan đến 95% Vũ trụ mà chúng ta không thể nhìn thấy (tức là vật chất tối và năng lượng tối). Năm 2011, Reiss và hai nhà khoa học khác đã được trao giải thưởng Nobel Vật lý vì khám phá năm 1998 rằng Vũ trụ đang ở tốc độ mở rộng nhanh chóng.
Phù hợp với điều đó, họ cho rằng Năng lượng tối có thể đẩy các thiên hà ra ngoài với sức mạnh ngày càng tăng. Một khả năng khác là có một hạt hạ nguyên tử chưa được phát hiện ngoài đó tương tự như neutrino, nhưng tương tác với vật chất bình thường bằng trọng lực thay vì lực hạ nguyên tử. Những neutrino vô trùng này có thể đi với tốc độ ánh sáng và được gọi chung là bức xạ tối tối.
Bất kỳ khả năng nào trong số này cũng có nghĩa là nội dung của Vũ trụ sơ khai là khác nhau, do đó buộc phải suy nghĩ lại về các mô hình vũ trụ của chúng ta. Hiện tại, Riess và các đồng nghiệp không có câu trả lời nào, nhưng có kế hoạch tiếp tục tinh chỉnh các phép đo của họ. Cho đến nay, nhóm SHoES đã giảm độ không chắc chắn của Hubble Constant xuống 2,3%.
Điều này phù hợp với một trong những mục tiêu trung tâm của Kính thiên văn vũ trụ Hubble, nhằm giúp giảm giá trị độ không đảm bảo trong Hubble tựa Constant, với ước tính một lần thay đổi theo hệ số 2.
Vì vậy, trong khi sự khác biệt này mở ra cánh cửa cho những câu hỏi mới và đầy thách thức, nó cũng làm giảm đáng kể sự không chắc chắn của chúng ta khi đo Vũ trụ. Cuối cùng, điều này sẽ cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về cách thức Vũ trụ phát triển sau khi nó được tạo ra trong trận đại hồng thủy dữ dội 13,8 tỷ năm trước.
