Các nhà khoa học với kính thiên văn Nam cực đã lần đầu tiên phát hiện một sự biến đổi tinh vi của những sáng lâu đời nhất trong vũ trụ. Điều này có thể giúp hé lộ bí ẩn về những khoảnh khắc sớm nhất trong sự hình thành vũ trụ. Các nhà khoa học đã quan sát thấy những mô hình xoắn trong sự phân cực của bức xạ vi ba nền vũ trụ , thứ tương tác sau cùng với vật chất rất sớm trong lịch sử vũ trụ, khoảng 400.000 năm sau Big Bang.
Những mô hình được gọi là “Kiểu B”, diễn ra như với một thấu kính hấp dẫn, chúng xảy ra khi đường đi của ánh sáng bị bẻ cong bởi các vật thể lớn, giống như một thấu kính hội tụ.
Một sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi John Carlstrom, giáo sư (danh hiệu S. Chandrasekhar Distinguished Service Professor) Thiên văn học và Vật lý thiên văn tại Đại học Chicago, đã phát hiện ra. Họ đã công bố phát hiện của mình trong một bài báo đăng trên tạp chí Physical Review Letters – bằng cách sử dụng dữ liệu đầu tiên từ SPTpol, một máy ảnh phân cực độ nhạy cao được cài đặt trên kính thiên văn trong tháng 1 năm 2012.
“Việc phát hiện “Kiểu B” phân cực bởi kính thiên văn Nam Cực là một cột mốc quan trọng, một thành tựu kỹ thuật mà chỉ đến từ sự thú vị của Vật lý” Carlstrom – phó giám đốc của Viện Vật lý vũ trụ Kavil cho biết. Bức xạ vi ba nền vũ trụ là một biển các photon (các hạt ánh sáng) còn sót lại từ vụ nổ Big Bang tỏa ra khắp không gian, ở âm 270ºC, chỉ hơn 3 độ so với 0 độ tuyệt đối.
Việc đo lường các ánh sáng cổ xưa này đã cho các nhà vật lý vô số kiến thức về các tính chất của vũ trụ. Những biến thể nhỏ trong nhiệt độ của ánh sáng đã được ánh xạ cẩn thận khi đi qua bầu trời như những thí nghiệm phức tạp, các nhà khoa học đang thu nhặt được nhiều thông tin hơn từ ánh sáng phân cực. Ánh sáng bị phân cực khi các dải sóng điện từ của nó định hướng theo một hướng cụ thể.
Ánh sáng từ các bức xạ nền vũ trụ bị phân cực chủ yếu là do sự tán xạ photon khỏi electron trong vũ trụ sơ khai. Nhờ quá trình đó mà ánh sáng bị phân cực, như sự phản chiếu bề mặt của một hồ nước.
Kết quả của các mô hình phân cực là một loại xoáy tự do, được gọi là “Kiểu E”. Nó được chứng minh là dễ dàng phát kiện hơn “Kiểu B” mờ nhạt. Và, lần đầu tiên được đánh giá là một thập kỷ trước, với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu sử dụng Góc giao thoa, một thí nghiệm khác do Đại học Chicago dẫn đầu.
Tán xạ đơn giản không thể tạo ra “Kiểu B” mà qua một quá trình phức tạp hơn, thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong việc đo lường chúng. Thấu kính hấp dẫn, nó từ lâu đã được dự đoán, có thể xoay “Kiểu E” thành “Kiểu B” như photon đi qua các thiên hà và các thiên thể lớn khác trên đường tới Trái Đất.
Kỳ vọng này đã được xác nhận. Để tìm hiểu “Kiểu B” trong những dữ liệu của chúng, các nhà khoa học đã sử dụng một bản đồ được đo trước đây về sự phân bố khối lượng trong vũ trụ để xác định nơi các thấu kính hấp dẫn có thể xảy ra. Họ đã kết hợp những đo lường của mình về “Kiểu E” với sự phân bố khối lượng để cung cấp một mẫu xoắn dự kiến sẽ trở thành “Kiểu B”.
Các nhà khoa học hiện đang làm việc với một năm dữ liệu để tinh chỉnh đo lường của họ về “Kiểu B”. Nghiên cứu cẩn thận về các “Kiểu B” như vậy sẽ giúp các nhà vật lý hiểu rõ hơn về vũ trụ. Các mô hình có thể được sử dụng để vạch ra sự phân bố khối lượng, từ đó xác định chính xác hơn các đặc tính quan trọng vủa vũ trụ như khối lượng của neutrino, các hạt cơ bản nhỏ trải khắp vũ trụ.
Tương tự như vậy, “Kiểu B” khó nắm bắt hơn sẽ cung cấp dấu hiệu mạnh mẽ về sự lạm phát, thời kỳ các lý thuyết còn hỗn loạn trong vài phút sau Big Bang, khi vũ trụ mở rộng với tốc độ cực lớn. Lạm phát được các nhà vũ trụ học coi và một lý thuyết vì những dự đoán từ chúng khớp với những kết quả quan sát được, nhưng cho đến nay chưa có một xác nhận dứt khoát về thuyết này. Đo lường “Kiểu B” được tạo ra bởi lạm phát là một cách rút ngắn những nghi ngờ kéo dài.
“Các phát hiện về một tín hiệu “Kiểu B” phân cực nguyên thủy trong bức xạ nền có thể hỗ trợ việc tìm ra các chấn động đầu tiên của Big Bang”, tác giả của nghiên cứu, Duncan Hanson, một nhà khoa học sau tiến sĩ tại đại học McGill ở Canada cho biết. “Kiểu B” từ lạm phát phát ra bởi các sóng hấp dẫn.
Những gợn sóng trong không – thời gian được tạo ra bởi lực hấp dẫn dữ dội, hỗn loạn. Đó là điều kiện có thể đã tồn tại trong thời kì lạm phát. Các sóng này trải dài và siết vào cơ cấu của vũ trụ, làm phát sinh các mô hình phân cực xoắn theo cách của “Kiểu B”.
Kết quả đo phân cực không chỉ xác nhận lý thuyết về lạm phát – một thành tựu khoa học lớn mà còn cung cấp cho các nhà khoa học thông tin về Vật lý, về những năng lượng rất lớn, lớn hơn nhiều so với những gì máy gia tốc hạt có thể đạt được. Đo “Kiểu B” bằng thấu kính hấp dẫn là bước đi đầu tiên quan trọng trong việc tìm kiếm và đo lường “Kiểu B” lạm phát. Trong quá trình tìm kiếm “Kiểu B” do lạm phát, “Kiểu B” do thấu kính xuất hiện dưới dạng tiếng ồn.
“Kết quả mới cho thấy tiếng ồn này có thể giải thích được và bỏ qua để các nhà khoa học có thể tìm kiếm và hi vọng đo lường “ Kiểu B” do lạm phát” Hanson cho biết, “Các tín hiệu thấu kính cũng có thể được sử dụng để tìm hiểu về sự phân bố khối lượng trong cũ trụ”.
Ngọc Ánh (VACA)
Theo Space Daily
