Vũ trụ còn đang giãn nở nhanh dần? Tranh luận Yonsei–Southampton về siêu tân tinh

Câu hỏi trung tâm của cuộc tranh luận Yonsei–Southampton là: vũ trụ hiện vẫn đang giãn nở nhanh dần, hay cái gọi là “gia tốc vũ trụ” một phần chỉ là hệ quả của sai lệch có hệ thống trong phép đo siêu tân tinh loại Ia?

Hiện chưa có câu trả lời cuối cùng. Nhóm Yonsei cho rằng tuổi của các quần thể sao tạo ra vụ nổ vẫn ảnh hưởng đến độ sáng siêu tân tinh ngay cả sau những bước hiệu chỉnh thông thường. Nhóm Southampton, có sự tham gia của hai nhà khoa học đoạt Nobel Adam Riess và Brian Schmidt, cho rằng hiệu ứng này đã bị đánh giá quá cao và sự giãn nở gia tốc vẫn là cách giải thích tốt nhất cho dữ liệu. 813

Yonsei đưa ra lập luận gì vào năm 2025?

Siêu tân tinh loại Ia thường được dùng như những “ngọn nến chuẩn”. Các nhà thiên văn so sánh độ sáng quan sát được với độ sáng nội tại ước tính của chúng để suy ra khoảng cách vũ trụ. Nếu độ sáng thực tế thay đổi có hệ thống theo tuổi của quần thể sao trong thiên hà chủ, phép so sánh này có thể tạo ra bức tranh sai về lịch sử giãn nở của vũ trụ.

Nghiên cứu của Yonsei, công bố vào tháng 11 năm 2025, cho rằng có mối liên hệ đáng kể giữa độ sáng của siêu tân tinh sau khi đã chuẩn hóa và tuổi của các ngôi sao trong thiên hà chủ. Nhóm nghiên cứu tính toán rằng sự thay đổi tuổi theo dịch chuyển đỏ tạo ra một sai lệch có hệ thống đáng kể trong khoảng cách suy ra từ siêu tân tinh. Sau khi hiệu chỉnh, họ không tìm thấy bằng chứng thuyết phục cho sự gia tốc hiện nay và đề xuất khả năng vũ trụ đã bước vào giai đoạn giãn nở chậm dần.

Nếu được xác nhận, kết quả này sẽ tác động lớn đến mô hình ΛCDM — mô hình chuẩn của vũ trụ học. Trong mô hình này, hằng số vũ trụ Λ, thường được gắn với dạng đơn giản nhất của năng lượng tối, là nguyên nhân thúc đẩy sự giãn nở gia tốc ở thời kỳ muộn. Một sự chuyển tiếp gần đây sang giãn nở chậm dần sẽ buộc các nhà khoa học phải xem xét năng lượng tối biến đổi hoặc suy yếu, cách diễn giải dữ liệu siêu tân tinh, hoặc thậm chí mô tả hiện nay về lực hấp dẫn.

Southampton phản biện ra sao?

Nhóm Southampton tập trung vào hai điểm chính trong phân tích của Yonsei.

1. Tuổi của thiên hà không nhất thiết là tuổi của ngôi sao tiền thân

Yonsei dùng tuổi trung bình của quần thể sao trong thiên hà chủ như một chỉ dấu cho tuổi của ngôi sao — hoặc hệ sao lùn trắng — cuối cùng phát nổ thành siêu tân tinh. Southampton cho rằng đây là hai đại lượng khác nhau: một thiên hà chứa các ngôi sao hình thành ở nhiều thời điểm, vì vậy tuổi trung bình của toàn thiên hà không trực tiếp xác định tuổi của tiền thân cụ thể tạo ra vụ nổ. 18

Theo cách hiểu này, việc tuổi trung bình của các thiên hà thay đổi theo dịch chuyển đỏ không tự động có nghĩa tuổi của các tiền thân siêu tân tinh cũng thay đổi tương ứng.

2. Hiệu chỉnh theo khối lượng thiên hà chủ

Southampton cũng cho rằng phân tích của Yonsei đã bỏ qua hiệu chỉnh thông thường theo khối lượng thiên hà chủ, thường được gọi là “mass step”. Hiệu chỉnh này được sử dụng trong các phân tích siêu tân tinh hiện đại vì độ sáng của vụ nổ có liên hệ với những đặc tính môi trường — vốn cũng liên quan đến tuổi của các ngôi sao.

Khi áp dụng hiệu chỉnh này vào cùng bộ dữ liệu, nhóm Southampton nhận thấy mối liên hệ giữa tuổi thiên hà và phần dư Hubble yếu hơn nhiều. Phần dư Hubble là chênh lệch giữa độ sáng đo được và độ sáng dự kiến sau khi siêu tân tinh đã được chuẩn hóa. Southampton kết luận rằng hiệu chỉnh theo tuổi không đủ lớn để loại bỏ dấu hiệu về sự giãn nở gia tốc của vũ trụ.

Yonsei tiếp tục phản bác

Yonsei không cho rằng phản biện trên đã giải quyết vấn đề. Trong phân tích mới hơn, nhóm này lập luận rằng Southampton đã gộp các siêu tân tinh trong một khoảng dịch chuyển đỏ quá rộng, xấp xỉ từ z = 0,04 đến z = 0,42.

Trong khoảng đó, tuổi trung bình của các thiên hà chủ thay đổi khoảng 3 tỷ năm. Theo Yonsei, nếu gộp những đối tượng có độ tuổi khác nhau đáng kể trước khi thực hiện hồi quy, mối quan hệ giữa tuổi và độ sáng còn lại có thể trông phẳng hơn thực tế. 2

Nhóm Yonsei cũng cho rằng Southampton đã xử lý hai đại lượng có liên hệ với nhau như thể chúng quá độc lập:

• độ dốc của mối quan hệ giữa tuổi và độ sáng;
• mức độ thay đổi tuổi của các tiền thân theo dịch chuyển đỏ.

Ngay cả khi tuổi của tiền thân thay đổi ít hơn tuổi trung bình của thiên hà, Yonsei lập luận rằng độ dốc tuổi–độ sáng lớn hơn vẫn có thể tạo ra một hiệu chỉnh tổng thể đáng kể. Nhóm cũng đặt câu hỏi liệu cách xử lý khối lượng và bụi trong phân tích phản biện có vô tình làm suy giảm tín hiệu liên quan đến tuổi hay không. 35

Bản chất của bất đồng nằm ở đâu?

Đây không chỉ là cuộc đối đầu giữa hai kết luận “vũ trụ đang tăng tốc” và “vũ trụ đang chậm lại”. Trọng tâm thực sự là liệu dữ liệu siêu tân tinh đã được hiệu chỉnh đầy đủ cho những khác biệt về quần thể sao và môi trường thiên hà hay chưa.

Southampton cho rằng:

• tuổi của thiên hà không thể được dùng trực tiếp làm tuổi của tiền thân siêu tân tinh;
• hiệu chỉnh theo khối lượng thiên hà đã hấp thụ phần lớn sự phụ thuộc biểu kiến vào tuổi; và
• hiệu ứng tuổi còn lại quá nhỏ để đảo ngược cách diễn giải vũ trụ học.

Yonsei cho rằng:

• dùng tuổi thiên hà làm đại diện là hợp lý vì tuổi này liên quan đến các quần thể sao trong thiên hà;
• phân tích trên khoảng dịch chuyển đỏ quá rộng đã đánh giá thấp độ dốc tuổi–độ sáng; và
• hiệu chỉnh theo tuổi vẫn có thể đáng kể, ngay cả khi tuổi của tiền thân thay đổi ít hơn tuổi của thiên hà. 2

Cho đến khi những bộ dữ liệu độc lập, lớn hơn và đồng nhất hơn được phân tích, chưa bên nào biến cuộc tranh luận này thành một sự bác bỏ dứt khoát mô hình vũ trụ học hiện hành.

Dữ liệu DESI nói gì?

Kết quả từ Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) cung cấp bối cảnh quan trọng nhưng không tự mình giải quyết được tranh luận. DESI đo các dao động âm baryon (BAO), một “thước đo chuẩn” khác để lập bản đồ mối quan hệ giữa khoảng cách và dịch chuyển đỏ, độc lập với phương pháp dùng siêu tân tinh.

Một số phép kết hợp dữ liệu DESI với bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) và các bộ dữ liệu siêu tân tinh cho thấy sự ưu tiên đối với những mô hình trong đó năng lượng tối thay đổi theo thời gian. Trong một phép kết hợp DESI và CMB, mức ưu tiên so với ΛCDM được báo cáo là 3,1 sigma; khi bổ sung các bộ dữ liệu siêu tân tinh khác nhau, mức độ ưu tiên thay đổi tùy bộ mẫu được sử dụng.

Tuy nhiên, điều này không phải bằng chứng độc lập cho thấy vũ trụ hiện đang giãn nở chậm lại. BAO ràng buộc lịch sử khoảng cách vũ trụ, còn việc diễn giải kết quả thành “năng lượng tối biến đổi” phụ thuộc vào mô hình và cách kết hợp dữ liệu. Những phân tích mới hơn mô tả dấu hiệu này là nhẹ hoặc chưa mang tính quyết định; một số nghiên cứu không tìm thấy ưu thế có ý nghĩa thống kê so với ΛCDM. 17

Làm thế nào để kiểm chứng cuộc tranh luận?

Một phép thử tương đối rõ ràng là so sánh các siêu tân tinh nằm trong những thiên hà có tuổi quần thể sao tương đồng nhất có thể, nhưng ở các mức dịch chuyển đỏ khác nhau. Cách này làm giảm sự phụ thuộc vào một hiệu chỉnh tuổi lớn được áp đặt trước về mặt lý thuyết.

Các hướng quan sát quan trọng khác gồm:

• xây dựng những bộ mẫu siêu tân tinh lớn hơn với quy trình lựa chọn đồng nhất;
• thu thập phổ tốt hơn của các thiên hà chủ;
• phân biệt rõ tuổi của toàn bộ quần thể sao với tuổi của tiền thân thực sự;
• kiểm tra độc lập ảnh hưởng của khối lượng, bụi và môi trường địa phương; và
• sử dụng các quan sát mới từ những chương trình lớn như Đài quan sát Vera C. Rubin và Kính viễn vọng Không gian Nancy Grace Roman.

Bức tranh hiện nay

Cách tóm tắt thận trọng nhất là: sự giãn nở gia tốc của vũ trụ vẫn là kết luận được chấp nhận rộng rãi, còn tranh luận mới tập trung vào mức độ đáng tin cậy của các hiệu chỉnh đối với tuổi và môi trường của siêu tân tinh loại Ia. Southampton cho rằng các hiệu chỉnh của Yonsei quá lớn; Yonsei đáp lại rằng phân tích của Southampton đã đánh giá thấp độ dốc liên quan đến tuổi và chưa xử lý đúng mối liên hệ toán học giữa các đại lượng. 18

Song song với đó, dữ liệu DESI vẫn để ngỏ khả năng năng lượng tối không hoàn toàn là một hằng số. Nhưng khả năng này chưa đồng nghĩa với việc vũ trụ chắc chắn đã chuyển từ giãn nở gia tốc sang giãn nở chậm dần. Câu trả lời sẽ phụ thuộc vào những phép đo siêu tân tinh chính xác hơn và các phép kiểm tra vũ trụ học độc lập.