Lập bản đồ vũ trụ với 6 triệu thiên hà tồn tại trong 11 tỉ năm

[miro1510]

Toán học mà Albert Einstein đưa ra để mô tả hoạt động vật lý của vũ trụ vào đầu thế kỷ 20 vẫn còn hiệu lực khi xét trong quy mô lớn nhất mà các nhà khoa học nghiên cứu.

Vũ trụ là thứ bí ẩn nhất mà loài người gắng tìm hiểu

Trong một trong những thử nghiệm lớn nhất của thuyết tương đối rộng cho đến nay, một nhóm gồm rất nhiều nhà thiên văn học đã lập bản đồ phân bố của gần 6 triệu thiên hà trong suốt 11 tỉ năm lịch sử của vũ trụ.

Cách lực hấp dẫn tập hợp các thiên hà này lại với nhau dọc theo các sợi của mạng lưới vũ trụ chống lại lực kéo ra bên ngoài của sự giãn nở của vũ trụ và cách mà mạng lưới đó tiến hóa theo thời gian, hoàn toàn phù hợp với các dự đoán của lý thuyết nổi tiếng của Einstein.

Có lẽ đây là thử nghiệm lớn nhất của thuyết tương đối rộng cho đến nay, trải dài hầu hết lịch sử 13,8 tỉ năm của vũ trụ - nghĩa là lý thuyết này đúng ở cả quy mô lớn nhất mà chúng ta biết cho đến ngày nay.

Nhà vũ trụ học Pauline Zarrouk thuộc Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp cho biết: "Thuyết tương đối tổng quát đã được thử nghiệm rất tốt ở quy mô hệ mặt trời, nhưng chúng tôi cũng cần kiểm tra xem giả định của chúng tôi có hiệu quả ở quy mô lớn hơn nhiều không".

"Nghiên cứu tốc độ hình thành các thiên hà cho phép chúng tôi trực tiếp kiểm tra các lý thuyết của mình và cho đến nay, chúng tôi đang chờ đợi với những gì thuyết tương đối tổng quát dự đoán ở quy mô vũ trụ học".

Trọng lực là yếu tố cơ bản đối với cách thức hoạt động của vũ trụ. Chúng ta không biết nó là gì hoặc tại sao nó lại như vậy, chỉ biết rằng các vật thể có khối lượng có xu hướng thu hút các vật thể có khối lượng khác; rằng cường độ của lực hấp dẫn tỷ lệ thuận với khối lượng; và rằng nó làm thay đổi hình học của không-thời gian xung quanh một khối lượng.

Trọng lực cũng hoạt động như một chất keo gắn kết vũ trụ lại với nhau. Các sợi lớn của trường hấp dẫn do vật chất tối tạo ra trải dài khắp Vũ trụ trong một loại lưới; và hầu hết vật chất trong vũ trụ được phân bố dọc theo các sợi và nút của lưới vũ trụ này.

Trọng lực có thể dự đoán và đo lường được và cho đến nay, nó được giới hạn và định nghĩa cực kỳ tốt bởi thuyết tương đối rộng. Nhưng việc tìm ra những sai sót trong thuyết này có thể hé lộ giải pháp cho một số vấn đề cực kỳ hóc búa, chẳng hạn như những khác biệt không thể hòa giải giữa cơ học lượng tử và vật lý cổ điển. Vì vậy, các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu để xem liệu nội dung của Vũ trụ có giống như thuyết tương đối rộng phát biểu hay không, trên mọi quy mô.

Điều này đưa chúng ta đến với dự án Công cụ quang phổ năng lượng tối (DESI) do Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley dẫn đầu. Đây là một dự án hợp tác quốc tế lớn hiện đang nỗ lực lập bản đồ vũ trụ quan sát được để làm sáng tỏ những bí mật lớn nhất của nó. Dự án đã hoạt động từ năm 2019 và chỉ trong năm đầu tiên, dữ liệu thu thập được đã cho ra các kết quả đầy hứa hẹn.

Dự án hợp tác DESI đã sử dụng dữ liệu đó để tiến hành một cuộc khảo sát tỉ mỉ về 5,7 triệu thiên hà và quasar trong suốt lịch sử của vũ trụ, lập bản đồ về sự phát triển, tiến hóa và phân bố của chúng dọc theo mạng lưới vũ trụ từ thời kỳ sơ khai cách đây 11 tỉ năm.

Họ đã sử dụng thuyết tương đối rộng để dự đoán sự phát triển và phân bố của mạng lưới vũ trụ và phát hiện ra rằng vũ trụ mà chúng ta đang sống đã hoạt động theo cách mà thuyết tương đối phát biểu, trên quy mô vũ trụ rộng lớn. Các nhà khoa học nhận thấy nếu thêm lực hấp dẫn, hoặc loại bỏ một số lực hấp dẫn, vũ trụ sẽ không còn trông giống như trước nữa.

Dự án. DESI hy vọng rằng những nỗ lực đang diễn ra sẽ tiếp tục làm sáng tỏ quá trình tiến hóa của vũ trụ và truy ngược lại các lực bí ẩn thúc đẩy nó. Nhà vật lý Dragan Huterer từ Đại học Michigan cho biết: "Đây là lần đầu tiên DESI xem xét sự phát triển của cấu trúc vũ trụ” nhưng thừa nhận: “Đó chỉ là phần nổi của tảng băng chìm".

Kết quả cũng đặt ra những hạn chế đối với giới hạn trên cho khối lượng của neutrino, một hạt "ma quái" đến mức chúng ta không thể cân chính xác được.

Các nhà nghiên cứu hiện đang phân tích dữ liệu từ ba năm đầu tiên hoạt động của DESI. Khi dự án hoàn thành công việc của mình, nó sẽ thu thập được dữ liệu về hơn 40 triệu thiên hà và quasar.

Trong số những hy vọng lớn nhất là nó sẽ giúp tiết lộ bản chất của vật chất tối, thứ vô hình bí ẩn được cho là tạo ra lực hấp dẫn bổ sung trong vũ trụ (bên cạnh vật chất thông thường quan sát được); và năng lượng tối, thứ vô hình bí ẩn được cho là thúc đẩy sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ.

Nhà vật lý Mark Maus thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học California Berkeley cho biết: "Vật chất tối chiếm khoảng một phần tư Vũ trụ, và năng lượng tối chiếm 70% phần còn lại, và chúng ta thực sự không biết cả hai là gì".