Nói theo ngôn ngữ vũ trụ học, Ngân Hà và láng giềng trực tiếp của nó đang ở trong một nơi bị cô lập.

Trong một nghiên cứu quan sát vào năm 2013 tại đại học Winconsin-Madison, nhà thiên văn học Amy Barger và cựu sinh viên của bà Ryan Keenan đã chỉ ra rằng thiên hà của chúng ta, trong bối cảnh các cấu trúc quy mô lớn trong vũ trụ, cư trú trong một khoảng trống khổng lồ, nơi mà tồn tại ít thiên hà, sao và hành tinh hơn kỳ vọng.

Hiện nay, một nghiên cứu mới bởi một sinh viên đại học Winconsin Madison, đồng thời là sinh viên của Barger không chỉ xác nhận ý tưởng rằng chúng ta sống trong hố của một cấu trúc pho mát Thụy Sĩ của vũ trụ, mà còn giúp giảm bớt những bất đồng hay căng thẳng hiện hữu trong việc xác định hằng số Hubble, đơn vị mà các nhà vũ trụ học sử dụng để miêu tả tốc độ giãn nở của vũ trụ hiện nay.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1. Theo như mô phỏng bởi Millennium Simulation, vũ trụ của chúng ta có cấu trúc như pho mát Thụy sỹ với các sợi và các khoảng trống. Thiên hà, theo các nhà thiên văn học tại đại học Winconsin Madison, tồn tại trong một khoảng trống của cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ. Ảnh: Dự án mô phỏng Millennnium.

Kết quả nghiên cứu mới được trình bày 6 tháng 6, 2017 tại Hiệp hội Thiên văn Hoa kỳ.

Những căng thẳng xuất hiện khi các kỹ thuật khác nhau mà các nhà vật lý thiên văn dùng để đo sự giãn nở của vũ trụ đưa ra những kết quả khác nhau. “Không phụ thuộc vào việc chúng ta sử dụng kỹ thuật nào, chúng ta phải cùng đưa ra một giá trị cho tốc độ giãn nở của vũ trụ ngày nay”, Ben Hoscheit, sinh viên của Winconsin giải thích và trình bày những phân tích của mình về việc tồn tại rõ ràng của một khoảng trống lớn hơn rất nhiều so với kích thước trung bình của chúng bao quanh thiên hà của chúng ta. “May mắn thay, sống trong một khoảng trống giúp giải quyết những căng thẳng này”.

Lý do của việc này là, một khoảng trống với càng nhiều vật chất bao quanh bên ngoài sẽ tồn tại lực kéo hấp dẫn càng lớn lên vỏ, điều mà sẽ ảnh hưởng tới hằng số Hubble khi chúng ta đo đạc thông qua các siêu tân tinh tương đối gần đó, trong khi sẽ không ảnh hưởng gì tới những giá trị được tính toán từ các kỹ thuật sử dụng vi sóng nền vũ trụ, những ánh sáng tàn dư từ Big Bang.

Nghiên cứu mới trên đây không chỉ xác nhận về ý tưởng chúng ta sống trong một khoảng trống của cấu trúc pho mát Thụy Sĩ của vũ trụ, mà còn làm sáng tỏ trong việc chúng ta làm thế nào để đo đạc tốc độ giãn nở của vũ trụ ngày nay.

Báo cáo mới của Wisconsin là một phần trong nỗ lực lớn hơn để hiểu thêm về các cấu trúc quy mô lớn trong vũ trụ. Cấu trúc của vũ trụ giống như pho mát Thụy Sĩ trong nghĩa được tạo nên từ “vật chất thông thường” dưới dạng khoảng trống và sợi. Các sợi được tạo nên từ các cụm và siêu cụm thiên hà - những đối tượng lần lượt được tạo nên bởi sao, khí, bụi vũ trụ và các hành tinh. Vật chất tối và năng lượng tối, những đối tượng vẫn chưa thể quan sát trực tiếp được tin là cấu thành 95% vũ trụ.

Khoảng trống chứa Ngân Hà được biết tới với tên khoảng trống KBC - đặt theo tên của Keenan, Barger và Đại học Hawaii’s Lennox Cowie, lớn hơn ít nhất 7 lần so với kích thước trung bình, với bán kính đo được ở mức gần 1 tỷ năm ánh sáng. Tới nay, đây là khoảng trống lớn nhất được biết đến trong khoa học. Nghiên cứu mới của Hoscheit, theo Barger, chỉ ra rằng những ước lượng ban đầu của Keenan về khoảng trống KBC dưới dạng hình cầu với độ dày vỏ được gia tăng bởi các thiên hà, sao và các loại vật chất khác không nằm ngoài những quy luật bởi các giới hạn quan sát khác.

“Thông thường rất khó khăn để tìm thấy một lời giải nhất quán cho đồng thời nhiều quan sát khác nhau,” Barger, nhà vũ trụ học thực nghiệm đồng thời giữ chức liên kết sau đại học tại khoa Vật lý và Thiên văn học, Đại học Hawai cho biết. “Điều mà Ben chỉ ra rằng cấu hình mật độ Keenan đo đạc được nhất quán với các quan sát vũ trụ học. Người ta luôn hướng tới sự nhất quán, hoặc sẽ tồn tại những vấn đề cần được giải quyết đâu đó.”

Ánh sáng phát ra từ các vụ nổ siêu sao mới, nơi mà khoảng cách tới thiên hà chứa siêu sao mới đó đã biết, là một “ngọn nến” của các nhà thiên văn học trong việc đo đạc sự giãn nở của vũ trụ. Bởi vì những đối tượng này tương đối gần với dải Ngân Hà và vì ứng với bất kỳ vị trí vụ nổ xảy ra trong vũ trụ quan sát được, chúng đều xảy ra dưới cùng một lượng năng lượng bức xạ, điều tạo nên một phương pháp để xác định hằng số Hubble.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 2. Bản đồ của vùng lân cận trong vũ trụ được quan sát bởi Sloan Digital Sky Survey. Vùng màu cam có mật độ cụm thiên hà và sợi lớn hơn. Ảnh: SLOAN DIGITAL SKY SURVEY

Ngoài ra, vi sóng nền vũ trụ là một phương thức để thăm dò sự khởi đầu của vũ trụ. “Các photon từ CMB mã hóa một bức tranh nhỏ về những thời khắc đầu tiên của vũ trụ.” Hoscheit giải thích. “Chúng cho chúng ta thấy rằng ở giai đoạn đó, vũ trụ đã đồng nhất một cách đáng ngạc nhiên. Nó là một nồi súp nóng, cô đặc của các photon, electron và proton, chỉ biểu thị qua một chút chênh lệch nhiệt độ trên bầu trời”. Nhưng, thực tế là, những chênh lệch nhiệt độ nhỏ này chính xác là những gì cho phép chúng ta suy diễn về hằng số Hubble bằng kỹ thuật vũ trụ này.

Theo Hoscheit, một phép so sánh trực tiếp có thể được tạo nên giữa việc xác địch hằng số Hubble một cách ‘tổng quan’ và việc xác định ‘cục bộ’ qua những quan sát về những vụ nổ siêu sao mới ở khoảng cách tương đối gần.

Những phân tích mới đây được thực hiện bởi Hoscheit, theo Barger, chỉ ra rằng không có những rào cản quan sát nào đến việc đưa ra kết luận rằng Ngân Hà của chúng ta nằm trong một khoảng trống rất lớn. Bà nói thêm, sự hiện diện của khoảng trống có thể giải quyết một số chênh lệch giữa các kỹ thuật được dùng để đo độ giãn nở của vũ trụ.

Nguồn: University of Winconsin-Madison

Tham khảo

Nghiên cứu sinh Machine Learning trong khoa học Vật liệu, Viện khoa học công nghệ tiên tiến Nhật bản.