- James Webb Space Telescope của NASA/ESA/CSA đã tái xác nhận phép đo tốc độ giãn nở của vũ trụ từ Hubble Space Telescope, qua đó giảm bớt những nghi vấn còn tồn tại quanh giá trị đo của Hubble
- Hubble constant, tức tốc độ giãn nở của vũ trụ, là một tham số then chốt để hiểu sự tiến hóa và số phận cuối cùng của vũ trụ; giữa giá trị quan sát được và giá trị dự đoán dựa trên ánh sáng tàn dư của Big Bang vẫn còn tồn tại Hubble Tension
- Hình ảnh NGC 5468, cách Trái Đất khoảng 130 triệu năm ánh sáng, được tạo thành bằng cách kết hợp dữ liệu từ kính viễn vọng không gian Hubble và James Webb
- Hubble đã xác định các Cepheid variable stars trong NGC 5468, và đây là thiên hà xa nhất mà Hubble từng xác nhận được sao biến quang Cepheid
- Phép đo khoảng cách dựa trên Cepheid đã được kiểm chứng chéo với Type Ia supernova trong cùng thiên hà; các siêu tân tinh Type Ia mở rộng phạm vi đo tới những khoảng cách vũ trụ sâu hơn và đo tốc độ giãn nở
Tốc độ giãn nở của vũ trụ và Hubble Tension
- Hubble constant biểu thị tốc độ vũ trụ đang giãn nở, và là một trong những tham số cơ bản dùng để hiểu sự tiến hóa cũng như số phận cuối cùng của vũ trụ
- Vẫn tồn tại sự khác biệt dai dẳng giữa giá trị Hubble constant được đo bằng nhiều thước đo khoảng cách độc lập và giá trị dự đoán từ ánh sáng tàn dư của Big Bang
- Sự khác biệt này được gọi là Hubble Tension
Webb tái xác nhận phép đo của Hubble
- James Webb Space Telescope của NASA/ESA/CSA đã xác nhận rằng phép đo tốc độ giãn nở của vũ trụ từ Hubble Space Telescope là chính xác
- Kết quả này loại bỏ những nghi vấn còn lại về giá trị đo của Hubble
Hình ảnh quan sát NGC 5468
- Đối tượng quan sát là thiên hà NGC 5468, cách Trái Đất khoảng 130 triệu năm ánh sáng
- Hình ảnh được tạo bằng cách kết hợp dữ liệu từ kính viễn vọng không gian Hubble và James Webb
- NGC 5468 là thiên hà xa nhất mà Hubble từng xác định được Cepheid variable stars
Thang khoảng cách: Cepheid và siêu tân tinh Type Ia
- Cepheid variable stars được dùng làm mốc khoảng cách quan trọng để đo tốc độ giãn nở của vũ trụ
- Khoảng cách tính bằng Cepheid được kiểm chứng chéo với Type Ia supernova trong NGC 5468
- Siêu tân tinh Type Ia rất sáng nên được dùng để đo khoảng cách vũ trụ vượt ra ngoài phạm vi mà Cepheid có thể vươn tới
- Bằng phương pháp này, việc đo tốc độ giãn nở của vũ trụ có thể được mở rộng tới những vùng vũ trụ sâu hơn
Cấu trúc thiên hà trong hình ảnh
- Một thiên hà xoắn ốc nhìn chính diện nằm ở trung tâm
- Bốn nhánh xoắn ốc uốn cong ra phía ngoài theo chiều ngược kim đồng hồ
- Trên các nhánh xoắn ốc có những ngôi sao trẻ màu xanh lam, cùng các vùng hình thành sao mang sắc tím rải rác như những đốm nhỏ
- Trung tâm thiên hà sáng hơn và ngả vàng; nổi bật là một cấu trúc dạng thanh hẹp, tuyến tính, nghiêng từ hướng 11 giờ sang hướng 5 giờ
- Trên nền không gian đen có nhiều thiên hà nền màu đỏ rải rác
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Thang khoảng cách vũ trụ được nhắc trong bài là một trong những chủ đề tôi yêu thích nhất trong khoa học
Việc làm sao biết được khoảng cách tới các thiên thể rất xa không hề đơn giản, và lịch sử của nó rất thú vị
Điểm khởi đầu là khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời; trước khi Richer và Cassini tiến gần đến sai số dưới 10% vào năm 1672 thì không ai thực sự biết chính xác. Sau đó, trong chuyến hải hành tới Tahiti của James Cook năm 1769, việc quan sát hiện tượng Sao Kim đi qua đĩa Mặt Trời từ phía đối diện của Trái Đất đã giúp đo chính xác hơn
Tiếp theo, bằng hình học cơ bản, khi Trái Đất quay quanh Mặt Trời, ta có thể quan sát thị sai khiến các ngôi sao gần như dịch chuyển một chút, nhưng phương pháp này chỉ hiệu quả đến khoảng 10.000 năm ánh sáng
Về sau, các phương pháp vật lý thiên văn tiện lợi đến khó tin như sao biến quang Cepheid (Henrietta Swan Leavitt, 1908) và siêu tân tinh loại Ia (Subrahmanyan Chandrasekhar, 1935) được phát hiện, giúp leo thêm vài bậc trên chiếc thang; ở xa hơn nữa, mối quan hệ giữa độ dịch đỏ và khoảng cách trở nên quan trọng, nối dài tới tận rìa vũ trụ
https://www.uwa.edu.au/science/-/media/Faculties/Science/Doc...
Giá trị thực tế là khoảng 400 lần, nhưng xét đến việc khi đó không có thấu kính cũng như số pi, và sau khi ông mất, thuyết địa tâm vẫn là chính thống suốt 1.800 năm, thì điều đó thật đáng kinh ngạc
https://en.wikipedia.org/wiki/Aristarchus_of_Samos#Distance_...
Video của Terence Tao về thang khoảng cách vũ trụ cũng rất hay: https://www.youtube.com/watch?v=7ne0GArfeMs
Vì vậy tên của tàu con thoi cũng dùng cách viết kiểu Anh, và tên module chỉ huy của Apollo 15 cũng có cùng nguồn gốc. Tàu SpaceX Crew Dragon vừa đến ISS tuần trước cũng lấy tên Endeavour theo tàu con thoi
Tàu con thoi Endeavour đang ở California Science Center, và gần đây đã được “stacked” cùng cả bình nhiên liệu ngoài và các tên lửa đẩy, nên có lẽ sẽ phải mất vài năm nữa mới có thể lại đến gần để xem. Hồi còn có thể đi bộ ngay bên dưới nó thì ấn tượng hơn nhiều
Khi Hubble được phóng, trường nhìn của nó bị hỏng do lỗi chế tạo gương, và tàu Endeavour trong sứ mệnh STS-61 năm 1993 đã sửa lỗi này
Chẳng hạn tôi muốn đọc về việc khoảng năm 1350, thiên văn học tiên tiến nhất thời đó là gì, nên nếu có đề xuất nào thì tôi rất muốn biết
Chắc các nhà khoa học liên quan đều biết và đưa sai số của từng bậc vào tính toán, nhưng tôi muốn xem một phân tích tách riêng chúng ra. Ban đầu tôi nghĩ độ bất định sẽ lớn vì các sao biến quang Cepheid, nhưng thực tế nó được kiểm soát tốt đến đâu thì tôi không rõ
https://www.youtube.com/watch?v=FGwmAEMabm4&t=1
Tóm lược ngắn gọn bối cảnh của chủ đề này: có ít nhất hai cách để xác định hằng số Hubble, tức tốc độ giãn nở của vũ trụ
Một cách là dùng các dao động trong phông vi sóng vũ trụ (CMB), bắt nguồn từ những điều kiện nhất định của vũ trụ sơ khai, để suy ra tốc độ giãn nở hiện nay; cách kia là tính toán dựa trên khoảng cách tới các thiên hà rất xa và tốc độ chúng đang rời xa chúng ta
Về lý thuyết, hai cách này phải cho cùng một giá trị. Ban đầu kết quả của hai phương pháp khác nhau, nhưng các thanh sai số còn lớn nên vẫn chồng lấn nhau, và người ta kỳ vọng rằng khi độ chính xác tăng lên, chúng sẽ hội tụ về một giá trị chung
Tuy nhiên phép đo CMB đã đạt độ chính xác tới 67 ± 0,5, còn phương pháp khoảng cách/tốc độ thiên hà đạt tới 73 ± 1, và hai khoảng này không chồng lấn nhau. Sự bất đồng này là căng thẳng Hubble, một trong những vấn đề đau đầu nhất của vũ trụ học
Những lời giải thích khả dĩ là sai số trong phép đo dao động CMB, sai số trong đo khoảng cách hoặc tốc độ của các thiên hà xa, hoặc có điều gì đó còn thiếu trong hiểu biết vật lý của chúng ta. Kết quả lần này bổ sung dữ liệu từ James Webb, quan sát ở các bước sóng khác với Hubble, và dữ liệu này khớp tốt với các phép đo của Hubble
Nhưng điều đó không có nghĩa là đã giải quyết được căng thẳng Hubble. Thay vào đó, nó gần như xóa bỏ nghi ngờ rằng kết quả phía các thiên hà xa là do sai số đo của Hubble. Nếu cũng xem các phép đo CMB là khá đáng tin cậy, thì giờ đây nhiều khả năng diễn giải sẽ nghiêng về hướng đây không phải là vấn đề đo đạc, mà là có phần vật lý nào đó chúng ta hiểu sai hoặc còn phải mới khám phá ra
Nếu chuẩn hóa dữ liệu Hubble bằng hệ số Lorentz thì lại thu được một tốc độ giãn nở không đổi: https://www.desmos.com/calculator/llhnja1ocb
Hubble rất thận trọng khi áp dụng hiệu ứng Doppler cho các thiên hà, và phản đối việc diễn giải dịch chuyển đỏ như vận tốc lùi ra xa. Vào năm trước khi cả hai qua đời, năm 1953, ông còn thuyết phục Robert Millikan rằng cách diễn giải dịch chuyển đỏ là do sự giãn nở của vũ trụ có lẽ là sai
Ở cuối cuốn sách Observational Approach to Cosmology[+], Hubble viết: “Nếu bỏ yếu tố lùi ra xa, và nếu dịch chuyển đỏ chủ yếu không phải là dịch chuyển do vận tốc, thì bức tranh trở nên đơn giản và có vẻ hợp lý. Không có bằng chứng về sự giãn nở, không có ràng buộc về thang thời gian, không có dấu vết của độ cong không gian, và cũng không có giới hạn về kích thước không gian…”
[+] https://ned.ipac.caltech.edu/level5/Sept04/Hubble/paper.pdf
Nguồn: https://plasmauniverse.info/people/contributors.html
Về mặt con số thì được nói là xấp xỉ khớp, và những người ủng hộ chính dường như muốn dùng nó để biện minh cho mô hình vũ trụ tuần hoàn. Nếu tôi hiểu đúng, nó cũng có vẻ tương thích với mô hình Big Bang chuẩn có thang thời gian giãn nở thiên hà dài hơn
Dù sao đi nữa, vật lý cũng phải giải thích bức xạ vật đen đó đã trở thành như thế nào
Lẽ ra tiêu đề hoặc phần tóm tắt phải nêu rõ điều này ngay từ đầu. Bản gốc viết kiểu “Webb & Hubble xác nhận tốc độ giãn nở của vũ trụ”, “đã xác nhận con mắt sắc bén của Hubble vẫn đúng, xóa bỏ nghi ngờ còn lại về phép đo của Hubble”, nên trông như thể vấn đề đã được giải quyết
Một tiêu đề chính xác hơn có lẽ là “Webb xác nhận phép đo tốc độ giãn nở vũ trụ của Hubble”, nhưng có lẽ sẽ kém hấp dẫn hơn
Trong một thời gian, đã có kỳ vọng rằng lời giải thích đơn giản nhất cho căng thẳng Hubble là các phép đo của kính viễn vọng Hubble bị sai
Nhưng không phải vậy; trái lại, bí ẩn còn sâu hơn. Tôi không biết chắc, nhưng ước tính của Hubble dường như đã được chấp nhận rộng rãi từ khá lâu, và từ khi tôi bắt đầu tìm hiểu chủ đề này ở mức phổ thông, tuổi của vũ trụ đã được ghi là 13,8 tỷ năm
https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law#Determining_the...
Chú thích: “Giá trị hằng số Hubble ((km/s)/Mpc) kèm độ bất định đo từ các quan sát gần đây[54]”
Các kết quả WMAP ban đầu năm 2003 ủng hộ con số 13,7 tỷ năm, rồi các kết quả sau đó nâng nhẹ lên hướng 13,8 tỷ năm. Tất nhiên mọi kết quả đều có thanh sai số
Trước đây tôi cũng từng hỏi nhưng có vẻ chưa nhận được câu trả lời thỏa đáng, nên muốn hỏi lại
Làm sao chúng ta biết các thiên hà đang rời xa chúng ta với tốc độ gia tốc? Nhiều khi người ta viện dẫn quan sát rằng thiên hà càng xa thì trông như đang rời xa càng nhanh, rồi nói điều đó hàm ý có gia tốc
Nhưng chẳng phải ngay cả khi không có gia tốc thì cũng có thể quan sát thấy điều tương tự sao? Nếu giả sử các vật thể trong vũ trụ chuyển động theo hướng và vận tốc ngẫu nhiên so với Trái Đất, thì sau đủ thời gian, ngay cả những vật ban đầu đang tiến về phía chúng ta cũng có thể đều trông như đang rời xa. Và việc vật thể chuyển động nhanh nhất nằm xa nhất là điều hiển nhiên theo định nghĩa của vận tốc
Nói ngắn gọn, ngay cả khi các thiên hà không gia tốc, ta vẫn có thể thấy thiên hà càng xa thì càng lùi ra nhanh hơn
Cách chúng ta đo vận tốc của thiên hà về cơ bản dường như chỉ có dịch chuyển đỏ. Việc đo tam giác ở khoảng cách xa như vậy là không thể, thang thời gian cũng là rào cản, nên không có cách nào kiểm chứng phép tính dịch chuyển đỏ bằng phương pháp khác
Nếu dịch chuyển đỏ sinh ra do một hiệu ứng khác, chẳng hạn như ánh sáng bị “suy giảm” khi đi qua khoảng không trong hàng triệu năm, thì mọi phép tính đều trở nên vô hiệu
Tôi đã hỏi nhiều lần, nhưng câu trả lời thường đại loại là “chúng ta không biết lý do nào khác khiến ánh sáng bị dịch chuyển đỏ” hoặc “khung lý thuyết hiện tại là nhất quán”. Dù không có phép đo khác để xác nhận tính nhất quán đó
Lý thuyết giãn nở liên quan đến Big Bang dự đoán rằng các thiên hà rất xa sẽ trẻ hơn nên có thành phần khác biệt, nhưng dự đoán này có vẻ đang thất bại. Tuy vậy, khi thiết bị quan sát tiến bộ hơn, có thể trong tương lai sẽ cho câu trả lời chính xác hơn
Trước đó chúng vẫn rời xa, nhưng vận tốc không tăng mà giảm, tức là ở trạng thái giãn nở chậm dần
Quan sát rằng thiên hà càng xa thì trông càng rời xa nhanh hơn cho thấy vũ trụ đang giãn nở, nhưng bản thân điều đó không cho biết sự giãn nở là gia tốc, giảm tốc hay không thuộc cả hai
Tốc độ giãn nở thay đổi theo thời gian ra sao được xem xét bằng cách so sánh mối quan hệ giữa ba đại lượng quan sát của từng thiên hà: dịch chuyển đỏ, độ sáng và kích thước góc. Các nhà vũ trụ học dùng mối quan hệ này để mô hình hóa lịch sử giãn nở của vũ trụ, và đi đến kết luận rằng vài tỷ năm gần đây là giãn nở gia tốc, còn trước đó là giãn nở giảm tốc
Trong kịch bản các vật thể có hướng và vận tốc ngẫu nhiên, khoảng cách trung bình giữa các vật thể trong toàn vũ trụ nhìn chung phải cho kết quả khá tĩnh. Vì từ những nơi xa vô hạn sẽ có vô số vật thể đi tới, nên quanh ta lúc nào cũng phải có vật thể
Có lẽ bạn đang tưởng tượng tình huống đặt các vật thể trong một chiếc hộp, gán cho chúng các vector ngẫu nhiên rồi bỏ chiếc hộp đi. Khi đó tất cả sẽ rời khỏi ranh giới chiếc hộp ban đầu và xa nhau ra, nhưng vũ trụ không vận hành theo cách đó
Cơ sở chính cho việc không gian giãn nở là vận tốc của các vật thể đang rời xa được đo bằng dịch chuyển đỏ. Các vật thể ở cùng khoảng cách với Trái Đất nhưng nằm ở phía đối diện của không gian rời xa với vận tốc đo được gần như giống nhau
Về cơ bản không có lý thuyết hiện có nào ngoài sự giãn nở của không gian có thể giải thích các quan sát hiện nay. Không phải là chúng ta đã hiểu mọi thứ, nhưng với phép đo cụ thể này thì gần như không còn nghi ngờ gì. Không gian giãn nở, và kết quả là mọi vật thể có hiệu ứng rời xa nhau tỷ lệ với khoảng cách
Không có lý do gì để tin rằng trên quy mô lớn, các thiên hà chuyển động theo hướng ngẫu nhiên và vận tốc ngẫu nhiên đủ để giải thích dịch chuyển đỏ mà chúng ta gọi là sự giãn nở của vũ trụ
Nếu lời giải thích bạn đưa ra là đúng, ta cũng phải thấy những thiên hà ở rất xa nhưng đang chuyển động rất chậm về phía chúng ta, và những thiên hà ở gần nhưng rất nhanh lẽ ra có thể đã xuất phát từ rất xa. Các vật thể sẽ phải đi vào từ bên ngoài vũ trụ cục bộ của chúng ta, nhưng điều đó không xảy ra
Bên trong siêu cụm, lực hấp dẫn thắng sự giãn nở của không-thời gian và giữ chúng ta lại, ít nhất là ở hiện tại
Trong một video cách đây 1 năm, Dr. Becky đã bàn về vấn đề hai phương pháp chính để đo tốc độ giãn nở, tức nền vi sóng vũ trụ và phép đo siêu tân tinh, cho ra kết quả khác nhau
Độ chính xác của từng phương pháp càng tăng thì kết quả cuối cùng lại càng tách xa nhau
[0] 'theJWST just made the "Crisis in Cosmology" WORSE'
https://www.youtube.com/watch?v=hps-HfpL1vc&t=858s
Cá nhân tôi cho rằng thuyết ánh sáng mệt mỏi giải thích sự thật tốt hơn, nhưng vì cần một sự chuyển đổi hệ hình nên trước khi có cuộc cách mạng sẽ có rất nhiều sự phản kháng
Dù tiêu đề được lấy nguyên từ bài viết, có lẽ nên đổi thành “Dữ liệu mới cho thấy các kính thiên văn Webb và Hubble nhất trí với nhau về tốc độ giãn nở của vũ trụ, nhưng không khớp với các giá trị đo dựa trên nền vi sóng vũ trụ”
Tiêu đề kiểu “Rất có khả năng căng thẳng Hubble không phải do lỗi đo lường” sẽ hợp hơn
Phép đo mới dường như không làm sáng tỏ điều gì hay loại bỏ sự hỗn loạn nào, mà chỉ xác nhận phép đo Hubble đã có. Căng thẳng Hubble vẫn là một vấn đề khó hiểu
Một bất nhất thú vị khác mà ban đầu các nhà khoa học cho là lỗi đo lường là Axis of Evil
Kính thiên văn không gian đầu tiên được phóng vào thập niên 1990, Cosmic Background Explorer(COBE), đã lập bản đồ CMB, trong đó có một mẫu hình cho thấy CMB thẳng hàng rất chính xác với mặt phẳng Hệ Mặt Trời và khó có thể quy cho ngẫu nhiên. Điều này trái với nguyên lý Copernicus rằng Trái Đất và Hệ Mặt Trời không đặc biệt, và không vị trí nào trong vũ trụ là đặc biệt
Các nhà khoa học cho rằng đó hẳn là một dị thường do kính COBE gây ra, và nghĩ rằng nó sẽ biến mất ở kính thiên văn không gian tiếp theo
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(WMAP), được phóng năm 2001, đã chụp CMB với độ chính xác và độ phân giải cao hơn, nhưng dị thường vẫn còn nguyên. Dù vậy, họ vẫn cho rằng chắc có gì đó sai trong phép đo hoặc phép tính, và đặt kỳ vọng vào kính thiên văn không gian thứ ba để đo CMB
Planck Surveyor, được phóng năm 2009, đã thực hiện các phép đo chính xác hơn, nhưng dị thường vẫn tồn tại cho đến nay. Vì thế dị thường này được đặt tên là “Axis of Evil”, và nó đi ngược lại hiểu biết của chúng ta về vũ trụ
Đề xuất video 16 phút của Dr. Becky, giới thiệu các vấn đề xoay quanh căng thẳng Hubble và các phép đo JWST gần đây
Video giải thích vấn đề rất tốt cho người không chuyên: https://www.youtube.com/watch?v=hps-HfpL1vc
Dù là video cũ nhưng vẫn còn giá trị, và giới thiệu rõ các phát hiện của JWST cùng những điểm xung đột vẫn còn tồn tại
Tôi chắc 1000% rằng sau 20, 50, 100, 500 năm nữa, nhân loại sẽ nhìn lại khoa học thế kỷ 20–21 giống như cách chúng ta hiện nhìn về thế kỷ 16–17
Một phần có lẽ nhìn chung là đúng, nhưng phần lớn sẽ được xem là không chính xác, chưa hoàn chỉnh, hoặc gần như những tưởng tượng xuất phát từ các mô hình trước đó
Mọi chuyện luôn như vậy, và lần này có lẽ cũng không khác. Con người ở thời đại nào cũng từng nghĩ rằng mình đã hiểu gần như hoàn toàn về vũ trụ. Tôi nhớ từng đọc rằng vào đầu thế kỷ 20, người ta cũng cho rằng khoa học về cơ bản đã hoàn tất; nghĩ đến thuyết tương đối và vật lý lượng tử thì ai cũng biết kết quả ra sao
Cá nhân tôi thấy khó chấp nhận ý tưởng rằng vũ trụ mới chưa đầy 15 tỷ “năm”. Điều đó không có nghĩa là khi ấy không có một sự kiện vũ trụ lớn, tức một BANG, nhưng tôi không nghĩ đó là “khởi đầu của mọi thứ”. Nó cho tôi cảm giác rất giống lối nghĩ kiểu “Chúa đã tạo ra vũ trụ”
Các nhà khoa học nói về “quark” hay “năng lượng tối”, nhưng chúng gần như là những nhãn giữ chỗ kiểu “chúng ta phần nào biết nó làm gì, nhưng không biết thực sự nó là gì”
Sau 100 hay 500 năm nữa, cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng cũng sẽ được nhận ra là các xấp xỉ hoặc cái bóng của một lý thuyết sâu hơn. Nhưng điều đó không thay đổi sự thật rằng các dự đoán của chúng chính xác đến mức đáng kinh ngạc
Hiểu biết về thực tại không chỉ đơn giản là tiến lên phía trước, mà đang tiệm cận ngày càng gần với chân lý thực sự. Một lý thuyết mới có thể lật ngược khung khái niệm, nhưng rốt cuộc nó phải là cách bổ sung thêm các chữ số sau dấu thập phân. Nếu không, nó sẽ là một lý thuyết kém hơn lý thuyết hiện có
Với các con số tốt hơn, có thể nói “khoảng 20 tỷ năm”, nhưng có vẻ khá rõ rằng “con số thật” khó có thể vượt quá 100 tỷ năm hay 50 tỷ năm
Nếu quan tâm đến thang khoảng cách vũ trụ, loạt video YouTube “How far away is it?” của David Butler rất tuyệt
Loạt này trình bày chi tiết về cách ước tính khoảng cách theo thang khoảng cách vũ trụ, lịch sử và các ví dụ; rất đáng xem
https://www.youtube.com/playlist?list=PLpH1IDQEoE8QWWTnWG5cK...