Vũ trụ mở rộng: Chúng ta có thể ở trong một bong bóng rộng lớn

Trái đất, hệ mặt trời, toàn bộ dải Ngân hà và vài nghìn thiên hà gần chúng ta nhất di chuyển trong một “bong bóng” rộng lớn có đường kính 250 triệu năm ánh sáng, trong đó mật độ vật chất trung bình lớn bằng một nửa so với phần còn lại của vũ trụ. Đây là giả thuyết được đưa ra bởi một nhà vật lý lý thuyết từ Đại học Geneva (UNIGE) để giải quyết một câu hỏi hóc búa đã chia rẽ cộng đồng khoa học trong một thập kỷ: vũ trụ đang giãn nở ở tốc độ nào? Cho đến nay, ít nhất hai phương pháp tính toán độc lập đã đạt đến hai giá trị khác nhau khoảng 10% với độ lệch không thể thống kê được. Cách tiếp cận mới này được nêu trong tạp chí Vật lý B xóa bỏ sự phân kỳ này mà không sử dụng bất kỳ “vật lý mới” nào.

Vũ trụ đã mở rộng kể từ Vụ nổ lớn xảy ra cách đây 13,8 tỷ năm – một đề xuất đầu tiên được đưa ra bởi giáo sư và nhà vật lý người Bỉ Georges Lemaître (1894-1966), và lần đầu tiên được thể hiện bởi Edwin Hubble (1889-1953). Nhà thiên văn học người Mỹ đã phát hiện ra vào năm 1929 rằng mọi thiên hà đang rời xa chúng ta và các thiên hà xa xôi nhất đang di chuyển nhanh nhất. Điều này cho thấy rằng có một thời gian trong quá khứ khi tất cả các thiên hà nằm cùng một điểm, một thời điểm chỉ có thể tương ứng với Vụ nổ lớn. Nghiên cứu này đã đưa ra định luật Hubble-Lemaître bao gồm hằng số Hubble (H0), biểu thị tốc độ giãn nở của vũ trụ. Ước tính H0 tốt nhất hiện tại nằm ở khoảng 70 (km / s) / Mpc (có nghĩa là vũ trụ đang mở rộng 70 km một giây nhanh hơn sau mỗi 3,26 triệu năm ánh sáng).

Siêu tân tinh lẻ tẻ

Đầu tiên dựa trên nền vi sóng vũ trụ: đây là bức xạ vi sóng đến từ chúng ta từ khắp mọi nơi, phát ra vào thời điểm vũ trụ đủ lạnh để ánh sáng cuối cùng có thể lưu thông tự do (khoảng 370.000 năm sau Vụ nổ lớn). Sử dụng dữ liệu chính xác được cung cấp bởi sứ mệnh không gian Planck và đưa ra thực tế rằng vũ trụ là đồng nhất và đẳng hướng, giá trị 67,4 thu được cho H0 bằng lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein để chạy theo kịch bản. Phương pháp tính toán thứ hai dựa trên siêu tân tinh xuất hiện lẻ tẻ ở các thiên hà xa xôi. Những sự kiện rất sáng này cung cấp cho người quan sát khoảng cách rất chính xác, một cách tiếp cận giúp xác định giá trị cho H0 là 74.

Lucas Lombriser, giáo sư Khoa Vật lý lý thuyết tại Khoa Khoa học của UNIGE giải thích: “Hai giá trị này tiếp tục trở nên chính xác hơn trong nhiều năm trong khi vẫn khác biệt với nhau để khơi dậy hy vọng thú vị mà có lẽ chúng ta đang đối phó với một ‘vật lý mới’. ” Để thu hẹp khoảng cách, giáo sư Lombriser đã giải trí ý tưởng rằng vũ trụ không đồng nhất như đã tuyên bố, một giả thuyết có vẻ rõ ràng trên quy mô tương đối khiêm tốn. Không có nghi ngờ rằng vật chất được phân phối khác nhau bên trong một thiên hà so với bên ngoài. Tuy nhiên, khó hơn để tưởng tượng sự dao động trong mật độ trung bình của vật chất được tính trên khối lượng lớn gấp hàng nghìn lần so với một thiên hà.

“Bong bóng Hubble”

Nếu chúng ta ở trong một loại ‘bong bóng’ khổng lồ, nơi mật độ vật chất thấp hơn đáng kể so với mật độ đã biết cho toàn bộ vũ trụ, nó sẽ có hậu quả đối với khoảng cách của siêu tân tinh và cuối cùng, khi xác định H0 .

Tất cả những gì cần thiết là “bong bóng Hubble” này đủ lớn để bao gồm cả thiên hà đóng vai trò tham chiếu để đo khoảng cách. Bằng cách thiết lập đường kính 250 triệu năm ánh sáng cho bong bóng này, nhà vật lý đã tính toán rằng nếu mật độ vật chất bên trong thấp hơn 50% so với phần còn lại của vũ trụ sẽ đạt được giá trị mới cho hằng số Hubble, sau đó sẽ đồng ý với cái thu được bằng cách sử dụng nền vi sóng vũ trụ. Xác suất có sự dao động như vậy trên thang đo này là 1 trên 20 đến 1 trên 5, điều đó có nghĩa rằng đó không phải là ảo mộng của nhà lý thuyết. Có rất nhiều khu vực như của chúng ta trong vũ trụ rộng lớn.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học de Genève . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Lucas Lombriser. Tính nhất quán của hằng số Hubble cục bộ với nền vi sóng vũ trụ . Vật lý thư B , 2020; 803: 135303 DOI: 10.1016 / j.physletb.2020.135303