Một nhóm khoa học đã phân tích những bất định liên quan đến cosmic birefringence (lưỡng chiết vũ trụ) và đưa ra kỹ thuật giúp nâng cao độ chính xác của các phép đo quan sát. Kết quả được công bố trên Physical Review Letters.

Đây là nghiên cứu đầu tiên định lượng rõ ràng mức độ sai số của góc lưỡng chiết — một tham số quan trọng có thể giúp khám phá các lý thuyết vật lý mới, bao gồm những hiện tượng phá vỡ tính đối xứng trái–phải của vũ trụ, cũng như hiểu sâu hơn về dark matter và dark energy.

Ánh sáng cổ xưa từ Vụ Nổ Lớn

cosmic microwave background (bức xạ nền vi sóng vũ trụ) là “ánh sáng tàn dư” từ Vụ Nổ Lớn, chứa thông tin quý giá về giai đoạn đầu của vũ trụ.

Các quan sát gần đây cho thấy ánh sáng này có thể đã bị xoay nhẹ trong quá trình truyền đi — hiện tượng gọi là lưỡng chiết vũ trụ. Các nhà khoa học nghi ngờ sự xoay này có thể liên quan đến những hạt cơ bản chưa biết, như axion.

Trước đây, góc xoay này được ước tính khoảng 0,3 độ, dựa trên việc đo tín hiệu gọi là tương quan EB của CMB.

Phân tích mới: góc xoay có thể lớn hơn

Nhóm nghiên cứu do nghiên cứu sinh Fumihiro Naokawa (Đại học Tokyo) dẫn đầu đã phân tích chi tiết các sai số trong phép đo này và phát hiện rằng góc xoay thực tế có thể lớn hơn con số 0,3 độ trước đó.

Ông giải thích bằng một ví dụ dễ hiểu:

“Bạn không thể biết hôm nay là ngày nào chỉ bằng cách nhìn vào đồng hồ. Bạn cần biết kim đồng hồ đã quay bao nhiêu vòng trước đó. Trong khoa học, đây gọi là ‘mơ hồ pha 360 độ’.”

Tương tự, với ánh sáng vũ trụ:

• Các góc như 0,3°, 180,3°, hay 360,3° có thể không phân biệt được
• Điều này tạo ra mơ hồ pha 180 độ trong phép đo

Giải quyết “mơ hồ pha”

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra cách khắc phục bằng cách phân tích hình dạng chi tiết của tín hiệu EB. Họ phát hiện rằng cấu trúc của tín hiệu này chứa thông tin về số lần ánh sáng đã “xoay”.

Nhờ đó, họ có thể:

• Xác định đúng góc xoay
• Loại bỏ sự mơ hồ

Phương pháp này có thể rất quan trọng cho các nghiên cứu tương lai với dữ liệu chính xác cao, đặc biệt từ các dự án như:

• Simons Observatory
• LiteBIRD

Nhóm cũng phát hiện rằng khi tính đến sai số pha, lưỡng chiết vũ trụ còn ảnh hưởng đến tín hiệu khác của CMB gọi là tương quan EE.

Tín hiệu này dùng để xác định độ sâu quang học của vũ trụ — một tham số quan trọng trong việc nghiên cứu thời kỳ tái ion hóa.

Điều này có nghĩa là:

• Một số ước tính trước đây về vũ trụ có thể cần được điều chỉnh lại

Hướng đi trong tương lai

Trong một nghiên cứu khác, nhóm cũng đề xuất cách giảm sai số do thiết bị kính thiên văn gây ra.

Họ đưa ra phương pháp kiểm chứng lưỡng chiết vũ trụ bằng cách quan sát các thiên thể như:

• Các thiên hà vô tuyến có lỗ đen siêu nặng

Cách tiếp cận này có thể giúp:

• Xác nhận chắc chắn hiện tượng lưỡng chiết vũ trụ
• Và tiến gần hơn đến việc hiểu bản chất của năng lượng tối

Tóm lại, một “độ xoay nhỏ” trong ánh sáng cổ xưa của vũ trụ có thể đang che giấu những bí mật lớn — và giờ đây, các nhà khoa học đã tiến thêm một bước để giải mã nó