Các nhà thiên văn có thể đang tiến gần hơn đến việc giải mã một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ học: dark energy – lực chưa biết được cho là đang thúc đẩy sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ.

Các nhà khoa học ước tính năng lượng tối chiếm khoảng 68% vũ trụ. Dù chiếm phần lớn “ngân sách năng lượng” của vũ trụ, chúng ta vẫn chưa biết nó thực sự là gì hoặc ảnh hưởng như thế nào đến sự tiến hóa quy mô lớn của vũ trụ.

Một supernova mới được phát hiện ở vũ trụ xa xôi hiện đang cung cấp một manh mối quan trọng. Vụ nổ này xảy ra hơn 10 tỷ năm trước, nghĩa là ánh sáng của nó đã di chuyển qua không gian trong phần lớn lịch sử vũ trụ trước khi đến được Trái Đất. Sự kiện này cực kỳ sáng, và ánh sáng của nó còn được khuếch đại khi đi ngang qua một thiên hà khổng lồ, nơi lực hấp dẫn hoạt động như một “thấu kính” tự nhiên.

Một siêu tân tinh hiếm hé lộ manh mối mới

“Chưa ai từng tìm thấy một siêu tân tinh như thế này trước đây, và bản chất của hệ này có thể giúp giải quyết nhiều vấn đề lớn trong vật lý thiên văn, chẳng hạn như bản chất của lực khiến vũ trụ giãn nở,” Tiến sĩ Daniel Perley từ Liverpool John Moores University cho biết.

Trong trường hợp này, một thiên hà nằm giữa Trái Đất và siêu tân tinh xa xôi. Lực hấp dẫn của thiên hà làm bẻ cong và biến dạng ánh sáng từ vụ nổ khi nó di chuyển về phía chúng ta, tạo ra hiệu ứng quang học đặc biệt chứa nhiều thông tin giá trị.

“Chúng ta đang thấy ánh sáng từ siêu tân tinh xa xôi này bị tách thành nhiều ảnh – hiện tượng gọi là ‘thấu kính hấp dẫn’,” Jacob Wise, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Viện Nghiên cứu Vật lý Thiên văn, giải thích.

Ánh sáng đi theo nhiều con đường khác nhau

“Khi ánh sáng bị ‘thấu kính’, các con đường mà nó đi đến Trái Đất không có cùng độ dài, nên ánh sáng đến từ các hướng khác nhau sẽ mất thời gian khác nhau để tới nơi.”

Vì siêu tân tinh có thể sáng trong nhiều tháng, các nhà thiên văn có thể quan sát nhiều hình ảnh của cùng một vụ nổ cùng lúc. Mỗi hình ảnh đại diện cho ánh sáng đi theo một con đường khác nhau trong không gian, tương ứng với những thời điểm hơi khác nhau trong quá trình tiến hóa của vụ nổ.

“Điều thú vị là sự chênh lệch thời gian giữa các hình ảnh phụ thuộc vào tốc độ giãn nở của vũ trụ,” Perley nói thêm.

Nhóm nghiên cứu, hợp tác với các nhà khoa học từ California Institute of Technology, Stockholm University và nhiều tổ chức khác trên thế giới, dự định đo chính xác các độ trễ thời gian này. Những phép đo này có thể tiết lộ tốc độ vũ trụ đang giãn nở và giúp hiểu rõ vai trò của năng lượng tối trong quá trình đó.

Tính toán mới về sự giãn nở của vũ trụ

Hiện nay, các nhà thiên văn có hai phép đo khác nhau về tốc độ giãn nở của vũ trụ và chúng không khớp nhau. Perley tin rằng siêu tân tinh đặc biệt này có thể giúp xác định giá trị nào là chính xác.

Ông cho biết: “Các nghiên cứu về dư âm của Big Bang đưa ra một giá trị cho hằng số Hubble – thước đo tốc độ giãn nở của vũ trụ – trong khi các nghiên cứu về các thiên hà gần lại cho một giá trị khác. Các nhà thiên văn gọi đây là ‘căng thẳng Hubble’. Vì vậy, việc nghiên cứu các siêu tân tinh bị thấu kính có thể giúp xác định chúng ta nên tin vào con số nào.”

Các kính thiên văn trên toàn cầu ghi nhận sự kiện

Siêu tân tinh được khuếch đại sáng đến mức có thể được phát hiện từ khoảng cách cực xa bằng các kính thiên văn mặt đất cỡ trung bình. Quan sát ban đầu đến từ Zwicky Transient Facility tại California. Tuy nhiên, thiết bị này không thể phân giải các hình ảnh tách rời do thấu kính hấp dẫn.

Sau đó, Liverpool Telescope đã ghi lại các hình ảnh riêng biệt này, xác nhận hiện tượng thấu kính hấp dẫn.

Các kính thiên văn tại Hawaii, cùng với Hubble Space Telescope và James Webb Space Telescope cũng tham gia quan sát sự kiện.

Jacob Wise cho biết thêm: “Các đồng nghiệp ở Stockholm là những người đầu tiên nhận ra siêu tân tinh, nhưng chính chúng tôi phát hiện ánh sáng của nó bị bẻ cong thành nhiều hình ảnh.”

“Hầu hết các đài quan sát lớn ở Bắc bán cầu và các kính thiên văn không gian đều đã quan sát sự kiện này, nhưng Liverpool Telescope – do LJMU vận hành – là nơi ghi nhận rõ ràng đầu tiên.”