Tín dụng hình ảnh: Chandra
Năng lượng tối. Liệu nó có tồn tại, và tính chất của nó là gì? Sử dụng hình ảnh cụm thiên hà từ Đài quan sát tia X của NASA, Chandra, các nhà thiên văn học đã áp dụng một phương pháp mới, mạnh mẽ để phát hiện và thăm dò năng lượng tối. Kết quả đưa ra những manh mối hấp dẫn về bản chất của năng lượng tối và số phận của Vũ trụ. Trung tâm Marshall quản lý chương trình Chandra.
Ảnh: Ảnh tổng hợp của cụm thiên hà Abell 2029 (Quang học: NOAO / Đỉnh Kitt / J.Uson, D.Dale; X-quang: NASA / CXC / IoA / S.Allen et al.)
Các nhà thiên văn học đã phát hiện và thăm dò năng lượng tối bằng cách áp dụng một phương pháp mới, mạnh mẽ, sử dụng hình ảnh của các cụm thiên hà do Đài quan sát tia X của NASA Chand Chandra chế tạo. Kết quả theo dõi quá trình mở rộng của Vũ trụ từ giai đoạn giảm tốc sang giai đoạn tăng tốc vài tỷ năm trước và đưa ra manh mối hấp dẫn về bản chất của năng lượng tối và số phận của Vũ trụ.
Năng lượng bóng tối có lẽ là bí ẩn lớn nhất trong ngành vật lý, ông Steve Allen thuộc Viện Thiên văn học (IoA) tại Đại học Cambridge ở Anh, và là người đứng đầu nghiên cứu cho biết. Vì vậy, điều cực kỳ quan trọng là thực hiện một thử nghiệm độc lập về sự tồn tại và tính chất của nó.
Allen và các đồng nghiệp đã sử dụng Chandra để nghiên cứu 26 cụm thiên hà ở khoảng cách tương ứng với thời gian di chuyển ánh sáng trong khoảng từ một đến tám tỷ năm. Những dữ liệu này kéo dài thời gian khi Vũ trụ chậm lại từ sự giãn nở ban đầu của nó, trước khi tăng tốc trở lại vì hiệu ứng đẩy lùi của năng lượng tối.
Andy Weian trực tiếp thấy rằng sự mở rộng của Vũ trụ đang tăng tốc bằng cách đo khoảng cách đến các cụm thiên hà này, ông Andy Fabian cũng thuộc IoA, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết. Các kết quả mới của Chandra cho thấy mật độ năng lượng tối không thay đổi nhanh chóng theo thời gian và thậm chí có thể không đổi, phù hợp với khái niệm hằng số vũ trụ của nhà khoa học được giới thiệu lần đầu tiên bởi Albert Einstein. Nếu vậy, Vũ trụ dự kiến sẽ tiếp tục mở rộng mãi mãi, do đó, trong nhiều tỷ năm, chỉ một phần nhỏ của các thiên hà được biết đến sẽ có thể quan sát được.
Nếu mật độ năng lượng tối không đổi, số phận kịch tính hơn cho Vũ trụ sẽ tránh được. Chúng bao gồm các loại Big Rip Rip, ở nơi năng lượng tối tăng lên cho đến khi các thiên hà, ngôi sao, hành tinh và cuối cùng các nguyên tử cuối cùng bị xé tan. The Big Big Crunch, một nơi mà vũ trụ cuối cùng tự sụp đổ, cũng sẽ bị loại trừ.
Đầu dò năng lượng tối của Chandra, dựa vào khả năng quan sát tia X độc đáo để phát hiện và nghiên cứu khí nóng trong các cụm thiên hà. Từ những dữ liệu này, có thể xác định tỷ lệ khối lượng của khí nóng và khối lượng vật chất tối trong một cụm. Các giá trị quan sát được của phần khí phụ thuộc vào khoảng cách giả định đến cụm, do đó phụ thuộc vào độ cong của không gian và lượng năng lượng tối trong vũ trụ.
Bởi vì các cụm thiên hà rất lớn, chúng được cho là đại diện cho một mẫu công bằng về nội dung vật chất trong vũ trụ. Nếu vậy, thì lượng khí nóng và vật chất tối tương đối phải giống nhau cho mọi cụm. Sử dụng giả định này, Allen và các đồng nghiệp đã điều chỉnh thang đo khoảng cách để xác định cái nào phù hợp nhất với dữ liệu. Những khoảng cách này cho thấy sự giãn nở của Vũ trụ trước tiên là giảm tốc và sau đó bắt đầu tăng tốc khoảng sáu tỷ năm trước.
Các quan sát của Chandra, đồng ý với kết quả siêu tân tinh, bao gồm cả những kết quả từ Kính viễn vọng Không gian Hubble (HST), lần đầu tiên cho thấy hiệu ứng Năng lượng tối tối đối với sự gia tốc của Vũ trụ. Kết quả của Chandra, hoàn toàn độc lập với kỹ thuật siêu tân tinh - cả về bước sóng và các vật thể quan sát được. Xác minh độc lập như vậy là một nền tảng của khoa học. Trong trường hợp này, nó giúp xua tan mọi nghi ngờ còn lại rằng kỹ thuật siêu tân tinh là thiếu sót.
Phương pháp Chandra của chúng tôi không liên quan gì đến các kỹ thuật khác, vì vậy họ chắc chắn không so sánh các ghi chú, vì vậy có thể nói, ông Robert Schmidt thuộc Đại học Potsdam ở Đức, một đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
Giới hạn tốt hơn về lượng năng lượng tối và mức độ thay đổi theo thời gian thu được bằng cách kết hợp các kết quả tia X với dữ liệu từ Máy dò dị hướng vi sóng Wilkinson của NASA (WMAP), sử dụng các quan sát bức xạ nền vi sóng vũ trụ để khám phá bằng chứng về năng lượng tối trong vũ trụ rất sớm. Sử dụng dữ liệu kết hợp, Allen và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng năng lượng tối chiếm khoảng 75% Vũ trụ, vật chất tối khoảng 21% và vật chất có thể nhìn thấy khoảng 4%.
Allen và các đồng nghiệp nhấn mạnh rằng sự không chắc chắn trong các phép đo là dữ liệu phù hợp với năng lượng tối có giá trị không đổi. Tuy nhiên, dữ liệu Chandra hiện tại cho phép khả năng mật độ năng lượng tối đang tăng theo thời gian. Các nghiên cứu chi tiết hơn với Chandra, HST, WMAP và với sứ mệnh tương lai Constname-X sẽ cung cấp các ràng buộc chính xác hơn nhiều đối với năng lượng tối.
Bình luận cho đến khi chúng ta hiểu rõ hơn về gia tốc vũ trụ và bản chất của năng lượng tối, chúng ta không thể hy vọng hiểu được vận mệnh của Vũ trụ, nhà bình luận độc lập Michael Turner, thuộc Đại học Chicago nói.
Nhóm thực hiện nghiên cứu cũng bao gồm Harald Ebeling của Đại học Hawaii và Leon van Speybroeck của Trung tâm Vật lý thiên văn Harvard-Smithsonian. Những kết quả này sẽ xuất hiện trong một số sắp tới của Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
Trung tâm hàng không vũ trụ NASA Marshall Marshall, Huntsville, Ala., Quản lý chương trình Chandra cho Văn phòng Khoa học Vũ trụ của NASA, Washington. Northrop Grumman của Redondo Beach, Calif., Trước đây là TRW, Inc., là nhà thầu phát triển chính cho đài quan sát. Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian kiểm soát các hoạt động khoa học và chuyến bay từ Trung tâm X-quang Chandra ở Cambridge, Mass.
Thông tin bổ sung và hình ảnh có sẵn tại:
http://framra.harvard.edu/
và
http://framra.nasa.gov/
Nguồn gốc: NASA News Release
