Năng lượng tối có phải là ảo ảnh?
Để giải thích các hiện tượng vũ trụ theo thuyết tương đối rộng của Einstein, ví dụ như sự giãn nở được gia tốc của vũ trụ, người ta thường nhắc đến năng lượng tối, một dạng năng lượng chiếm số lượng lớn và bí ẩn. Nhưng cái gì xảy ra nếu năng lượng tối chỉ là một ảo ảnh và thuyết tương đối rộng tự nó đã thay đổi?
“No Evidence of Kinetic Screening in Simulations of Merging Binary Neutron Stars beyond General Relativity” (Không bằng chứng về sàng lọc động lực học trong các mô phỏng sáp nhập của các ngôi sao neutron đôi), một nghiên cứu mới được xuất bản trên Physical Review Letters, đã đề xuất một cách tiếp cận mới để trả lời câu hỏi này.
Nhờ có sự hỗ trợ của toán học và máy tính, các nhà khoa học đã tạo ra được mô phỏng đầu tiên về sự sáp nhập của những ngôi sao neutron đôi theo những lý thuyết vượt ra ngoài thuyết tương đối rộng và tạo ra năng lượng tối như dạng hành xử trên các thang đo vũ trụ. Điều này cho phép so sánh lý thuyết của Einstein và những phiên bản thay đổi của nó và với dữ liệu chính xác thích hợp, và có thể giải quyết bí ẩn năng lượng tối.
Suốt 100 năm qua, thuyết tương đối rộng đã vô cùng thành công trong mô tả lực hấp dẫn trên nhiều chế độ khác nhau, và được các thực nghiệm trên Trái đất và trên hệ mặt trời kiểm chứng. Tuy nhiên, để giải thích được những quan sát vũ trụ như sự giãn nở gia tốc của vũ trụ, chúng ta cần đưa vào lý thuyết này những hợp phần tối như năng lượng tối và vật chất tối, vốn là những thứ hết sức bí ẩn với chúng ta.
Enrico Barausse, nhà vật lý thiên văn tại Viện Nghiên cứu tiên tiến quốc tế SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) và là nhà nghiên cứu chính của GRAMS (GRavity from Astrophysical to Microscopic Scales), dự án do EU tài trợ, đặt câu hỏi là liệu năng lượng tối là có thật hay có thể bị diễn dịch từ cách hiểu chưa đầy đủ của chúng ta về thuyết tương đối. “Sự tồn tại của năng lượng tối có thể là một ảo ảnh”, ông nói. “Giãn nở gia tốc của vũ trụ có thể là do một số biến đổi mà chúng ta còn chưa biết của thuyết tương đối rộng, một dạng của ‘hấp dẫn tối’”.
Sự sáp nhập của các sao neutron đem lại một tình huống độc nhất vô nhị để thử nghiệm giả thuyết này bởi vì hấp dẫn quanh chúng đã tác động đến tình trạng cực đoan này. “Sao neutron là những sao có kết cấu đậm đặc nhất còn tồn tại và có khối lượng chỉ tương đương hoặc gấp đôi khối lượng mặt trời của chúng ta”, Enrico Barausse giải thích. “Điều này khiến hấp dẫn và không thời gian quanh chúng trở nên cực đoan, do đó cho phép tạo ra vô số sóng hấp dẫn khi hai sao này va chạm. Chúng tôi có thể sử dụng dữ liệu thu được trong các sự kiện này để nghiên cứu các vấn đề về hấp dẫn và thử nghiệm thuyết tương đối của Einstein theo một cách mới”.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học ở SISSA hợp tác với các nhà vật lý trường ĐH de les Illes Balears ở Palma de Mallorca, tạo ra một mô phỏng đầu tiên của việc sáp nhập các ngôi sao neutron đôi trong các lý thuyết được thay đổi từ thuyết tương đối liên quan đến vũ trụ: “Vô cùng thách thức với việc nghiên cứu các mô phỏng dạng này do bản chất phi tuyến cao”, Miguel Bezares, tác giả thứ nhất của bài báo, giải thích “Nó đòi hỏi một nguồn lực tính toán lớn – hàng tháng vận hành của các siêu máy tính – điều đã trở thành có thể thông qua thỏa thuận giữa SISSA và CINECA cũng như các công thức toán mới mà chúng tôi đã phát triển. Đây cũng là những rào cảm chính trong nhiều năm cho đến thời điểm có được mô phỏng đầu tiên”.
Nhờ các mô phỏng này, họ cuối cùng cũng có thể so sánh thuyết tương đối rộng và hấp dẫn sửa đổi. “Thật đáng ngạc nhiên, chúng tôi tìm thấy giả thuyết ‘hấp dẫn tối’ cũng tốt không kém thuyết tương đối rộng trong giải thích dữ liệu các cuộc va chạm sao neutron đôi từ các giao thoa kế LIGO và Virgo. Cũng không dễ phát hiện những khác biệt giữa hai lý thuyết trong các hệ thống này nhưng có thể dò được chúng trong những giao thoa kế thế hệ tiếp theo như kính viễn vọng Einstein ở châu Âu và Khám phá vũ trụ ở Mỹ. Điều này sẽ mở ra khả năng sử dụng sóng hấp dẫn để phân biệt năng lượng tối và ‘hấp dẫn tối’, Barausse kết luận.□
Anh Vũ dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2022-03-dark-energy-neutron-stars-illusion.html
