Sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ có phải chỉ là ảo giác? Nghiên cứu Hàn Quốc đặt lại câu hỏi cho lý thuyết từng đoạt giải Nobel

Trong suốt hơn hai thập kỷ qua, việc vũ trụ đang giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh được xem như một sự thật hiển nhiên của ngành thiên văn học hiện đại. Đây là nền tảng của khái niệm năng lượng tối, lực bí ẩn chiếm gần 70 phần trăm vũ trụ và được cho là đang đẩy các thiên hà ra xa nhau.

Từ khi những siêu tân tinh loại Ia ở xa được phát hiện mờ hơn so với độ sáng chuẩn vào năm 1998, cộng đồng khoa học đã tin rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc. Khám phá đó thậm chí được vinh danh bằng Giải Nobel Vật lý năm 2011.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố từ Đại học Yonsei của Hàn Quốc đang thách thức trực tiếp nhận định này, đặt ra khả năng rằng vũ trụ không còn tăng tốc nữa mà đã bắt đầu bước vào giai đoạn giãn nở chậm dần. Nếu điều này là sự thật, hàng loạt mô hình vũ trụ học từng được xem là nền tảng có thể cần phải xem xét lại.

Nghiên cứu gây chú ý này do Giáo sư Young-Wook Lee và cộng sự thực hiện, được đăng tải trên Tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . Nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích chi tiết các thiên hà chủ của hàng trăm siêu tân tinh loại Ia và phát hiện điều từng bị bỏ qua suốt nhiều năm: độ sáng của siêu tân tinh không thực sự ổn định như giới khoa học giả định.

Theo kết quả phân tích, siêu tân tinh xuất hiện trong những thiên hà trẻ thường mờ hơn một chút so với siêu tân tinh trong các thiên hà già. Điều này đồng nghĩa với việc ngọn nến chuẩn mà các nhà thiên văn dùng để đo khoảng cách và suy ra tốc độ giãn nở của vũ trụ sở hữu một sai lệch hệ thống. Nếu bản thân siêu tân tinh tối hơn mà lại bị nhầm là xa hơn, các kết luận về sự tăng tốc của vũ trụ có thể đã bị thổi phồng một cách không mong muốn.

Sau khi hiệu chỉnh các sai lệch này, nhóm nghiên cứu đã so sánh lại dữ liệu siêu tân tinh với những quan sát độc lập khác như dao động âm thanh baryon và nền vi sóng vũ trụ. Kết quả cho thấy dữ liệu hiệu chỉnh về siêu tân tinh lại khớp hơn với các phép đo độc lập, và điều bất ngờ là chúng không ủng hộ kịch bản giãn nở tăng tốc.

Thay vào đó, chúng gợi ý rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ đã đạt đỉnh từ trước và đang chậm lại theo thời gian. Giáo sư Young-Wook Lee viết trong báo cáo rằng những phân tích hiện tại cho thấy năng lượng tối không duy trì sức mạnh ổn định mà đang suy giảm. Đây là một mệnh đề đủ sức làm rung chuyển nền tảng của vũ trụ học hiện đại.

Điều đáng nói là kết quả từ Đại học Yonsei không phải xuất hiện trong khoảng không. Những năm gần đây, một số dự án quan sát quy mô lớn cũng ghi nhận những dấu hiệu tương tự. Đầu năm nay, dự án DESI của Hoa Kỳ, nơi sử dụng dữ liệu từ hàng triệu thiên hà để nghiên cứu sự giãn nở của vũ trụ, cũng đưa ra kết luận rằng vũ trụ có thể đã bước vào thời điểm bước ngoặt và năng lượng tối có dấu hiệu thay đổi theo thời gian.

Việc nhiều nguồn dữ liệu độc lập bắt đầu nghiêng về một xu hướng tương đồng khiến cộng đồng khoa học không thể bỏ qua khả năng rằng mô hình vũ trụ học lâu nay đã bỏ sót một chi tiết quan trọng.

Thông tin này nhanh chóng gây ra những phản ứng trái chiều trong giới thiên văn học toàn cầu. Một số chuyên gia cho rằng nghiên cứu từ Hàn Quốc đã góp phần mở ra lời giải thích khả thi cho vấn đề căng thẳng Hubble, mâu thuẫn kéo dài nhiều năm giữa các phép đo khác nhau về tốc độ giãn nở của vũ trụ.

Nếu việc sử dụng siêu tân tinh làm ngọn nến chuẩn chứa sai lệch hệ thống, sự khác biệt giữa các phương pháp đo có thể được giải thích dễ dàng hơn. Carlos Frenk, nhà vũ trụ học nổi tiếng của Đại học Durham, đánh giá nghiên cứu này là táo bạo và sâu sắc, đồng thời cho rằng nó xứng đáng được kiểm chứng bằng dữ liệu lớn hơn.

Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học khác vẫn giữ thái độ thận trọng. Nhà vũ trụ học Ed Macaulay từ Đại học Queen Mary nhận định rằng kết quả này mới chỉ là tín hiệu ban đầu và chưa đủ sức đảo ngược các mô hình hiện tại. Theo ông, việc tuyên bố vũ trụ đang giãn nở chậm lại cần thêm bằng chứng quan sát trực tiếp.

Thực tế cho thấy nghiên cứu này vẫn tồn tại một số hạn chế đáng chú ý. Trước hết, phương pháp của nhóm Yonsei dựa trên việc ước tính tuổi trung bình của thiên hà chứ không phải đo trực tiếp đặc tính của từng siêu tân tinh.

Trong khi đó, các thiên hà chịu ảnh hưởng của vô số yếu tố như tốc độ hình thành sao, độ kim loại, lượng bụi và cấu trúc nội tại, khiến việc đánh giá độ sáng chuẩn của siêu tân tinh trở nên phức tạp hơn nhiều. Bên cạnh đó, mẫu siêu tân tinh được sử dụng trong nghiên cứu còn khiêm tốn và chưa đủ để mô tả đầy đủ trạng thái của vũ trụ ở thời điểm xa xưa.

Dù vậy, phương pháp hiệu chỉnh này vẫn là bước tiến quan trọng trong nỗ lực khắc phục sai lệch hệ thống, một yếu tố ngày càng được nhìn nhận là nguyên nhân tiềm ẩn của nhiều tranh cãi vũ trụ học.

Một điểm quan trọng khác là nghiên cứu này không đặt tham vọng xóa bỏ hoàn toàn khái niệm năng lượng tối. Mặc dù nhóm nghiên cứu gợi ý rằng năng lượng tối có thể đang suy yếu, họ cũng thừa nhận rằng bản chất thật sự của nó vẫn là một bí ẩn sâu sắc.

Năng lượng tối có thể là một trường vô hướng, một dạng vật chất lạ, một hạt cơ bản chưa được phát hiện hoặc thậm chí là thuộc tính của không thời gian. Việc nó thay đổi theo thời gian không nhất thiết dẫn đến kịch bản vũ trụ co lại trong tương lai. Các nhà khoa học vẫn cần thêm thời gian và dữ liệu để hiểu điều gì đang thực sự diễn ra ở quy mô vũ trụ.

Trong thời gian tới, các dự án quan sát mới sẽ đóng vai trò quyết định trong việc xác thực hoặc bác bỏ xu hướng mà nhóm Yonsei đề xuất. Đài quan sát Vera C. Rubin tại Chile dự kiến sẽ khảo sát hơn 20.000 thiên hà chứa siêu tân tinh trong vài năm tới, cung cấp dữ liệu chi tiết hơn về tuổi sao và đặc tính thiên hà.

Trong khi đó, sứ mệnh Euclid của châu Âu và Kính viễn vọng Không gian Nancy Grace Roman của NASA sẽ cung cấp những phép đo cực kỳ chính xác về sự giãn nở của vũ trụ. Khi những dữ liệu này được kết hợp, giới khoa học sẽ có cơ hội lần đầu tiên đánh giá năng lượng tối một cách trực tiếp và toàn diện hơn.

Dù tranh cãi còn kéo dài, nghiên cứu từ Đại học Yonsei đã làm được điều mà khoa học luôn hướng đến: đặt câu hỏi với những điều tưởng như chắc chắn. Việc vũ trụ có đang giãn nở chậm lại hay không sẽ tiếp tục là một trong những chủ đề nóng nhất của ngành thiên văn học hiện đại. Và trong lúc giới khoa học chờ đợi dữ liệu mới, một điều có thể khẳng định là bức tranh về vũ trụ của nhân loại vẫn còn rất nhiều khoảng trống chờ được lấp đầy.