2.884 siêu tân tinh đang thử thách giả thuyết năng lượng tối hằng định

Năng lượng tối trong mô hình vũ trụ học chuẩn thường được mô tả là một đại lượng không đổi, gọi là hằng số vũ trụ học. Danh mục hợp nhất mới do Đại học Queensland dẫn dắt, gồm 2.884 siêu tân tinh loại Ia có khả năng cao, chưa lật đổ giả thuyết này. Tuy vậy, nó bổ sung bằng chứng để giới khoa học xem xét nghiêm túc khả năng năng lượng tối biến đổi theo thời gian vũ trụ. 2

Danh mục này đo được gì?

Siêu tân tinh loại Ia là các vụ nổ sao có thể dùng làm mốc đo khoảng cách trong vũ trụ học. Khi đối chiếu độ sáng quan sát được với độ dịch chuyển đỏ — mức ánh sáng bị kéo về phía đỏ do vũ trụ giãn nở — các nhà nghiên cứu có thể lần theo lịch sử giãn nở của vũ trụ.

Nhóm nghiên cứu đã gộp khoảng 30 năm quan sát thiên văn vào một bộ dữ liệu duy nhất, đồng thời tái phân tích thông tin lịch sử bằng các kỹ thuật hiện đại. Danh mục cũng bao gồm dữ liệu từ chương trình Dark Energy Survey năm 2024. 2

Điểm quan trọng không chỉ là số lượng siêu tân tinh, mà là nỗ lực xử lý chúng theo cùng một chuẩn. Những phép so sánh như vậy cần tính đến các yếu tố có thể làm sai lệch độ sáng biểu kiến, chẳng hạn bụi vũ trụ, đặc tính của thiên hà chủ và hiện tượng thấu kính hấp dẫn. Nếu không được kiểm soát, các yếu tố này có thể làm thay đổi ước tính khoảng cách và từ đó ảnh hưởng đến kết luận vũ trụ học.

Kết quả nói gì về năng lượng tối hằng định?

Theo thông báo của Đại học Queensland, mẫu dữ liệu hợp nhất cung cấp thêm bằng chứng rằng năng lượng tối có thể thay đổi theo thời gian, thay vì giữ nguyên như mô hình chuẩn giả định. Nhóm cũng lưu ý rằng độ lệch mới khỏi mô hình chuẩn không hoàn toàn cùng hướng với dấu hiệu ban đầu từ dữ liệu Dark Energy Survey năm 2024. 2

Vì vậy, đây là kết quả cần được diễn giải thận trọng:

• Chưa phải bằng chứng kết luận rằng năng lượng tối đang biến đổi.
• Một loại phép đo duy nhất là chưa đủ, kể cả khi mẫu dữ liệu rất lớn.
• Sai số hệ thống vẫn đặc biệt quan trọng: những thay đổi nhỏ trong hiệu chuẩn hoặc cách mô hình hóa có thể tác động đáng kể đến suy luận về vũ trụ.

Nói cách khác, kết quả làm suy yếu quan điểm rằng năng lượng tối hằng định là mô tả duy nhất có thể có. Nhưng nó chưa loại trừ mô hình hằng số vũ trụ học.

Liên hệ với các dấu hiệu từ DESI

Việc so sánh với Dark Energy Spectroscopic Instrument, hay DESI, có ý nghĩa vì DESI nghiên cứu sự giãn nở vũ trụ bằng một cách khác với siêu tân tinh. Siêu tân tinh cung cấp các phép đo khoảng cách; còn DESI dựa vào sự phân bố quy mô lớn của các thiên hà và dấu vết của các sóng âm từ vũ trụ sơ khai.

Cả các dấu hiệu từ DESI lẫn danh mục siêu tân tinh mới đều hướng đến cùng một câu hỏi: liệu mô hình năng lượng tối biến thiên theo thời gian có mô tả dữ liệu tốt hơn hằng số vũ trụ học bất biến hay không. Nếu các phương pháp độc lập cùng hội tụ về một kết quả, lập luận sẽ thuyết phục hơn nhiều so với một tín hiệu đến từ riêng một kỹ thuật. Hiện nay, cách diễn đạt chính xác nhất vẫn là: đây là những dấu hiệu cần xác nhận độc lập.

Vì sao năng lượng tối biến thiên lại quan trọng?

Nếu năng lượng tối thực sự biến đổi, hằng số vũ trụ học sẽ không còn là lời giải vật lý đầy đủ cho hiện tượng vũ trụ giãn nở tăng tốc. Điều đó có thể mở đường cho vật lý mới, chẳng hạn một trường động hoặc những điều chỉnh đối với lý thuyết hấp dẫn.

Khả năng này cũng liên quan đến một bài toán lý thuyết sâu hơn: hiệu ứng năng lượng tối quan sát được cực kỳ nhỏ so với các ước tính đơn giản về năng lượng chân không trong lý thuyết trường lượng tử. Một lời giải thích mang tính động có thể đem lại hướng tiếp cận mới cho vấn đề này. Tuy nhiên, bản thân nó không tự động dung hòa thuyết tương đối rộng với cơ học lượng tử.

Điều gì có thể làm bằng chứng mạnh hơn?

Bước tiếp theo là kiểm tra lại bằng các mẫu siêu tân tinh lớn hơn và được hiệu chuẩn tốt hơn, nhất là ở khoảng cách vũ trụ học gần — nơi thiết lập mốc của thang đo khoảng cách. Song song với đó, sự nhất quán với các phép đo độc lập về hình học vũ trụ và sự phát triển của cấu trúc vũ trụ sẽ đóng vai trò quyết định.

Các khảo sát tương lai như DEBASS có thể cải thiện mốc tham chiếu ở vũ trụ gần và thu hẹp bất định hiệu chuẩn. Những hạ tầng vô tuyến quy mô lớn cũng có thể mang đến các quan sát bổ sung về bầu trời biến thiên và cấu trúc vũ trụ. Giá trị của chúng không phải ở việc lặp lại đúng một phép đo, mà ở khả năng kiểm tra cùng một câu hỏi vũ trụ học qua những con đường khác nhau.

Phép thử cuối cùng là tính nhất quán: nếu dữ liệu, thiết bị và phương pháp độc lập cùng chỉ ra một dạng biến thiên theo thời gian, giả thuyết năng lượng tối tiến hóa sẽ chuyển từ một dấu hiệu đáng chú ý thành một lý do nghiêm túc để xem xét lại mô hình vũ trụ học.