Sự giãn nở của vũ trụ vẫn là ẩn số lớn của vũ trụ học
Trong vài thập kỷ gần đây, một câu hỏi lớn đã tạo ra một cuộc khủng hoảng trong lĩnh vực vũ trụ học: Vũ trụ đang giãn nở với tốc độ nhanh như thế nào? Chúng ta biết rằng vũ trụ đã giãn nở kể từ Vụ Nổ Lớn, nhưng tốc độ chính xác của sự giãn nở này vẫn chưa được xác định rõ ràng. Vấn đề là tốc độ giãn nở dường như khác nhau tùy thuộc vào phương pháp đo lường, và không ai chắc chắn lý do tại sao lại như vậy.
Các quan sát kết hợp từ NIRCam (Camera cận hồng ngoại) của NASA và WFC3 (Camera trường rộng 3) của Hubble cho thấy thiên hà xoắn ốc NGC 5584, nằm cách Trái đất 72 triệu năm ánh sáng. Ảnh: Hình ảnh: NASA, ESA, CSA, Adam G. Riess (JHU, STScI)
Gần đây, nghiên cứu mới sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb đã cho thấy vấn đề tốc độ giãn nở vũ trụ vẫn chưa có dấu hiệu được giải quyết. Kính James Webb đã tinh chỉnh lại các phép đo trước đây về tốc độ giãn nở của vũ trụ thông qua dữ liệu từ Kính viễn vọng Hubble và kết quả cho thấy rõ sự mâu thuẫn vẫn còn hiện hữu.
Tốc độ giãn nở của vũ trụ được gọi là hằng số Hubble, và có hai cách chính để đo lường nó. Thứ nhất, bằng cách quan sát các thiên hà xa xôi, tính toán khoảng cách dựa trên độ sáng của một số loại sao nhất định. Thông qua đó, các nhà khoa học có thể biết được thời gian ánh sáng đi từ thiên hà đến Trái Đất. Sau đó, dựa vào độ dịch chuyển đỏ của ánh sáng, họ tính toán được mức độ giãn nở của vũ trụ trong khoảng thời gian này. Đây chính là phương pháp mà các kính viễn vọng Hubble và James Webb sử dụng để đo lường hằng số Hubble.
Phương pháp thứ hai là phân tích bức xạ vi sóng vũ trụ còn sót lại từ Vụ Nổ Lớn. Thông qua việc nghiên cứu cường độ bức xạ này ở các vùng khác nhau của vũ trụ, các nhà khoa học có thể mô phỏng lại điều kiện của vũ trụ thời kỳ sơ khai để từ đó suy ra quá trình giãn nở theo thời gian của nó.
Vấn đề là hai phương pháp trên cho ra kết quả hằng số Hubble khác nhau. Và khi các kỹ thuật đo lường ngày càng chính xác hơn, sự khác biệt vẫn không thể giải thích được.
Nghiên cứu gần đây đã sử dụng kính James Webb để nghiên cứu các ngôi sao biến quang Cepheid - các ngôi sao được dùng để tính toán khoảng cách. Các nhà khoa học đã quan sát các ngôi sao này trong thiên hà NGC 5584 để kiểm tra xem các phép đo của Hubble có chính xác không. Nếu các phép đo của Hubble sai, điều đó có thể lý giải cho sự khác biệt về kết quả tính hằng số Hubble.
Tuy nhiên, sau khi quan sát hơn 300 ngôi sao Cepheid bằng kính James Webb, các nhà khoa học kết luận rằng các phép đo của Hubble là chính xác. Họ thậm chí còn xác định được vị trí của các ngôi sao này một cách chính xác hơn.
Như vậy, theo hiểu biết rõ ràng nhất của chúng ta hiện nay, sự mâu thuẫn về tính toán hằng số Hubble vẫn tồn tại và đang gây ra vấn đề cho cộng đồng vũ trụ học. Có nhiều giả thuyết khác nhau cố gắng lý giải hiện tượng này, từ lý thuyết về vật chất tối đến các sai sót trong lý thuyết về trọng lượng của chúng ta. Hiện tại, câu hỏi vẫn còn bỏ ngỏ.