Ánh sáng lâu đời nhất trong vũ trụ

Vũ trụ mà chúng ta đã sinh ra từ một vụ nổ như thế nào?

Đây là câu hỏi đã thách thức rất nhiều nhà khoa học. Mô hình chuẩn của vũ trụ học, cho chúng ta biết toàn bộ vũ trụ của chúng ta được tạo bởi một sự kiện vô cùng ấn tượng, vụ nổ Big Bang. Những ý kiến hiện đại cho rằng vụ nổ Big Bang không hoàn toàn giải phóng năng lượng đồng nhất. Ngay sau Bigbang, có những vùng mật độ ánh sáng xuyên qua sự hỗn loạn sôi sục là khác nhau. Sự dị hướng nhỏ này đã trở thành sự hình thành cấu trúc vũ trụ của chúng ta như ngày hôm nay trước thời kỳ rất nhanh của sự lạm phát vũ trụ. Kết quả là, những sự biến động nhỏ này về nhiệt độ và mật độ đã trở thành hạt giống của các ngôi sao và các thiên hà ngày nay. Một kính thiên văn của cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đã ghép nối tạo thành bản đồ từ những sự dao động nhỏ và cổ xưa này với độ chính xác hơn trước kia rất nhiều.

Bản đồ mới về bầu trời: tính bất đẳng hướng của CBM được quan sát bởi Planck. CBM là bản chụp đời nhất của ánh sáng trong vũ trụ, dấu vết trên bầu trời khi vũ trụ khoảng 380 000 năm tuổi. Ảnh: ESA

Đạt được điều này là bởi kính thiên văn vũ trụ Planck của ESA, bản đồ chi tiết nhất từng được tạo ra này về nền vi sóng vũ trụ (CBM) in dấu trong Vũ trụ khi mà nó chỉ khoảng 380 000 năm tuổi. Trở về thời kỳ đó, vũ trụ non trẻ được lấp đầy bởi những dòng "soup" cực đặc, nóng của các proton, electron, và photon tương tác nhau vào khoảng 2700 độ C. Khi mà các điều kiện đã cho phép các proton và electron tương tác với nhau tạo thành nguyên tử Hydro, các photon thì được di chuyển tự do. Khi vũ trụ được mở rộng, các photon đã bị kéo dãn ra thành các bước sóng dài hơn. Ngày nay, chúng ta quan sát chúng như là các bước sóng vi sóng, tương đương ở nhiệt độ trên 2.7 độ Kelvin (trên độ không tuyệt đối 2.7 K). Bản đồ mới của nền vi sóng vũ trụ này cho thấy những dao động nhỏ của nhiệt độ tương ứng với những vùng có mật độ cao hơn hoặc thấp hơn. Các biến động này đã dẫn đến cấu trúc vũ trụ như ngày nay. Nếu không xảy ra những biến động này của vũ trụ, có thể chúng ta cũng đã không tồn tại. Một Big Bang hoàn toàn đơn điệu có thể đã dẫn đến một vũ trụ thật tẻ nhạt không có thiên hà, các ngôi sao, các hành tinh, và dĩ nhiên cả con người. Hiểu biết về những sự biến động này rất quan trọng đối với việc nghiên cứu nguồn gốc của Vũ trụ. 

Những gợn sóng vũ trụ xảy ra khi vũ trụ mới khoảng 10E-30 giây. Ảnh: ESA

Bản đồ mới của Planck đã củng cố mô hình chuẩn vũ trụ học với độ chính xác mà trước đây chúng ta chưa từng mơ tới, do đó các số liệu thống kê được chấp nhận trước đây về vũ trụ đã có sự điều chỉnh đôi chút. Kết quả chính tốt nhất từng có trước Planck được tạo bởi máy dò tính dị hướng vi sóng Wilkinson của NASA (WMAP) hoạt động từ năm 2001 đến 2010. Theo như kết quả của Planck thì:

- Tuổi của vũ trụ là 13.82 tỉ năm (kết quả được chấp nhận trước kia là 13.78 tỉ năm). Do đó vũ trụ đã già hơn khoảng 40 tỉ năm!

- Vật chất thông thường, thứ mà tạo nên bạn, tôi và mọi thứ khác chúng ta có thể thấy, tạo nên 4.9 % vật chất trong vũ trụ so với kết quả trước kia là 4.6 %.

- Vật chất tối, thứ vật chất không thể sờ được, vô hình và bí ẩn thống trị lực hấp dẫn của các thiên hà, tạo nên 26.8 % Vũ trụ (trước kia là 24 %).

- Năng lượng tối, thực thể thậm chí còn bí ẩn hơn, lấp đầy không gian vũ trụ và đang gia tốc sự mở rộng của vũ trụ tạo nên 68.3 % còn lại. (Kết quả của WMAP là 71.4 %). Sự tồn tại của năng lượng tối chỉ được biến đến từ năm 1998, một thứ mà rất lạ đối với sự khám phá to lớn về vũ trụ cách đây khoảng 20 năm.

- Hằng số Hubble, tỉ lệ giãn nở hiện tại của Vũ trụ đã được giảm xuống là 67.15 km/s/Mpc (WMAP: 69.32 km.s/Mpc).

Các kết quả từ Planck đã củng cố hầu hết các mô hình chuẩn, một thành công lớn của khoa học, nhưng... độ chính xác của bản đồ Planck quá cao, nó đã mở ra một số điểm đặc biệt của Vũ trụ mà không thể giải thích được bởi khoa học hiện tại:

- Sự dao động nhiệt độ trong nền vi sóng vũ trụ CBM không hoàn toàn đúng với mô hình chuẩn đã dự đoán.

- Mô hình chuẩn giả định rằng Vũ trụ phải rộng tương tự như những gì chúng ta đã quan sát. Đây được gọi là nguyên lý Vũ trụ. Kết quả của Planck củng cố cho kết quả của WMAP đó là bầu trời bất đối xứng. Nhiệt độ trung bình trên bán cầu của bầu trời cao hơn một chút so với nửa còn lại.

- Vẫn lạ thay, điểm lạnh lớn kéo dài trên một vùng trời. Một lần nữa dữ liệu vệ tinh của WMAP tồn tại trước kia được cho rằng do sự sai lệch tạo bởi quá trình đo đạc. Planck đã xác nhận sự bất thường này thực sự có tồn tại.

Các nhà thiên văn học đang trong cuộc đua để giải thích những bất thường này. Có lẽ, trên thực tế Vũ trụ không giống nhau ở mọi hướng, do đó các tia sáng từ nền CBM có thể theo một tuyến đường phức tạp hơn trong vũ trụ so với những gì chúng ta đã nghĩ trước kia, kết quả từ một vài hình ảnh bất không bình thường được quan sát ngày nay. Ngoài ra, có thể năng lượng tối không tác động đều nhau ở mọi nơi. Hay sự lạm phát vũ trụ đã bùng phát như nhau băng qua Vũ trụ? Giáo sư Isaac Asimov đã từng nói: " Cụm từ thú vị nhất để nghe trong khoa học, một trong đó để báo trước những khám phá mới, không phải là 'EUREKA' mà là 'Thật buồn cười'...." . Bởi Planck, các nhà khoa học có một lượng lớn những điều tò mò cần được khám phá.

(Theo ARMAGH PLANETARIUM'S STELLAR BLOG!)