Các nhà thiên văn học đã sử dụng dữ liệu của khảo sát bầu trời Sloan (SDSS) để dựng nên bản đồ đầu tiên về cấu trúc qui mô lớn của vũ trụ hoàn toàn dựa trên vị trí của các quasar. Quasar là những những đối tượng cực xa và cực sáng được duy trì hoạt động nhờ các lỗ đen siêu nặng.
"Vì các quasar quá sáng, chúng ta có thể nhìn thấy chúng ở khắp vũ trụ," Ashley Ross ở Đại học bang Ohio, đồng thời là đồng chỉ đạo của nghiên cứu cho biết. "Điều đó khiến chúng trở thành những đối tượng lý tưởng để dựng nên bản đồ lớn nhất từng có."
Độ sáng đáng kinh ngạc mà các quasar có được là do những lỗ đen siêu nặng ở trung tâm của chúng. Khi vật chất và năng lượng rơi vào lỗ đen ở trung tâm các thiên hà đó, chúng bị làm nóng đến nhiệt độ cực cao và phát sáng. Nhờ độ sáng này mà chúng đã được phát hiện bởi một kính thiên văn với đường kính 2,5 mét ngay tại Trái Đất.
Gongbo Zhao tại Đài thiên văn quốc gia thuộc Viện khoa học Trung Quốc, một đồng chỉ đạo khác của nghiên cứu, nói: "Những quasar này ở xa đến mức ánh sáng của chúng mà chúng ta thấy được đã rời khỏi chúng từ khi vũ trụ mới khoảng từ 3 đến 7 tỷ năm tuổi, rất lâu trước khi Trái Đất ra đời."
Để dựng nên bản đồ, các nhà khoa học đã sử dụng kính thiên văn Sloan để quan sát một số lượng quasar chưa từng có. Trong vòng hai năm đầu của chương trình mang tên Khảo sát mở rộng về quang phổ dao động của baryon (eBOSS) thuộc dự án SDSS, các nhà thiên văn học đã đo được vị trí ba chiều chính xác của hơn 147.000 quasar.
Các quan sát đã mang lại cho nhóm nghiên cứu thông tin về khoảng cách của các quasar, qua đó họ có thể dựng nên một bản đồ ba chiều về vị trí các quasar. Nhưng để sử dụng bản đồ để hiểu được lịch sử giãn nở của vũ trụ, họ đã phải tiến thêm một bước, sử dụng công nghệ nghiên cứu cái gọi là dao động âm của baryon (BAO).
BAO là những dấu vết còn lại của sóng âm đã truyền đi từ giai đoạn sớm của vũ trụ, khi vũ trụ nóng hơn và đặc hơn rất nhiều so với vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay. Nhưng khi vũ trụ đạt mốc 380.000 tuổi, các điều kiện đột ngột thay đổi và các sóng âm trở nên bị "đông cứng". Những sóng đông cứng này vẫn còn dấu vết trong cấu trúc ba chiều của vũ trụ mà chúng ta thấy ngày nay.
Những sóng âm này là những dao động âm đầu tiên của các baryon (các hạt tạo thành từ 3 quark, trong đó có proton và neutron). Tin tốt là quá trình tạo thành loại sóng này khá đơn giản. Nhờ vậy, chúng ta có được hiểu biết rõ nét về hình thái của BAO trong những giai đoạn đó. Khi chúng ta nhìn vào cấu trúc ba chiều của vũ trụ ngày nay, nó chứa những dao động đó đã được mở rộng bởi sự giãn nở của vũ trụ. Kích thước quan sát được của BAO có thể được sử dụng như một thước đo chuẩn để đo khoảng cách. Việc này giống như việc bạn quan sát một chiếc gậy dài một mét ở phía bên kia của sân bóng đá, qua việc xác định góc biểu kiến của nó, bạn có thể ước tính được độ dài của sân bóng.
Các nhà thiên văn học làm việc với dự án SDSS trước đây đã sử dụng kĩ thuật BAO đối với các thiên hà gần và với cả sự phân bố khí liên thiên hà để phân tích ngày càng sâu vào quá khứ của vũ trụ. Những kết quả hiện tại đã đưa tới một cái nhìn về một phạm vi thời gian chưa từng được quan sát trước đây, xác định những điều kiện khi vũ trụ ở thời điểm hơn hai tỷ năm trước khi Trái Đất hình thành.
Kết quả nghiên cứu này xác nhận mô hình chuẩn của vũ trụ học mà các nhà nghiên cứu đã xây dựng suốt hơn hai mươi năm qua. Trong mô hình chuẩn, vũ trụ đúng như dự đoán của thuyết tương đối rộng Einstein - nhưng có bao gồm những thành phần mà chúng ta chỉ có thể đo được hiệu ứng chứ không nắm được nguyên nhân.
Cùng với vật chất thông thường tạo thành các sao và thiên hà, vũ trụ còn có vật chất tối (loại vật chất vô hình chỉ chịu hiệu ứng hấp dẫn) và một thành phần bí ẩn gọi là "năng lượng tối". Năng lượng tối là thành tố chiếm ưu thế trong thời điểm hiện tại, và nó có những tính chất đặc biệt để gây ra sự giãn nở của vũ trụ.
Đọc thêm bài "Vật chất tối và năng lượng tối".
Hector Gil-Marin, một nhà nghiên cứu tạo Phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân và năng lượng cao ở Paris (Pháp) cho biết: "Kết quả nghiên cứu của chúng tôi phù hợp với thuyết tương đối rộng của Einstein. Chúng tôi đã có những phép đo về BAO suyên suốt những khoảng cách lớn của vũ trụ, và tất cả đều chỉ ra một điều: mô hình đơn giản rất khớp với quan sát."
Mặc dù chúng ta hiểu về cơ chế của hấp dẫn, chúng ta vẫn chưa biết được tất cả mọi thứ, vẫn còn một câu hòi về việc chính xác thì năng lượng tối là thứ gì.
"Chúng tôi muốn biết nhiều hơn về năng lượng tối. Những khảo sát như eBOSS giúp chúng tôi có thêm hiểu biết về cách mà năng lượng tối tác động vaoflichj sử vũ trụ." - Will Percival ở Đại học Postsmouth, nhà nghiên cứu của eBOSS cho biết.
Hiện tại, eBOSS vẫn đang tiếp tục hoạt động, sử dụng kính thiên văn Sloan của Đài quan sát Apache Point ở New Mexico (Mỹ). Khi các nhà thiên văn sử dụng eBOSS để quan sát được nhiều quasar và thiên hà gần hơn, kích thước của bản đồ sẽ tiếp tục lớn thêm.
Sau khi eBOSS hoàn thành, một thế hệ mới của khảo sát bầu trời sẽ khởi đầu, trong đó có Thiết bị quang phổ năng lượng tối (DESI) và vệ tinh Euclid của ESA. Những dự án này sẽ tăng thêm độ trung thực của các bản đồ lên gấp 10 lần so với những gì eBOSS đã có được và cho chúng ta biết thêm nhiều chi tiết chưa từng có về vũ trụ và năng lượng tối.
Bryan
Theo Space Daily
