Bí ẩn Điểm lạnh trong CMB: Liệu nó có phải là vết sẹo va chạm từ một vũ trụ khác?

CaliToday - Bằng chứng tiềm năng cho thuyết đa vũ trụ, tập trung vào "Điểm lạnh" (Cold Spot) trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) và quan điểm của Giáo sư Tom Shanks về khả năng đây là dấu vết của vụ va chạm với một vũ trụ khác.

Để thoáng thấy ánh sáng lâu đời nhất trong vũ trụ, chỉ cần chuyển kênh trên một chiếc tivi cũ: những chấm nhỏ nhảy múa trên màn hình là kết quả của việc ăng-ten bị bắn phá liên tục bởi các photon được phát ra ngay sau vụ nổ lớn, khoảng 13,8 tỷ năm trước. Các photon này bay đều khắp không gian từ mọi hướng, với nhiệt độ trung bình là 2,7 kelvin (°455 độ F), tạo nên một đám mây bức xạ gọi là nền vi sóng vũ trụ (CMB). Vì các photon này quá cũ, nên bản đồ hai chiều quen thuộc của CMB thường được gọi là "bức tranh trẻ con" của vũ trụ, cung cấp một cửa sổ nhìn lại các điều kiện nguyên thủy đã tạo ra vũ trụ mà chúng ta thấy xung quanh mình ngày nay.

Tuy nhiên, bức ảnh "em bé" của chúng ta có một vài điểm không hoàn hảo. Các nhà vật lý gọi chúng là dị thường vì chúng không thể được giải thích đầy đủ bằng các lý thuyết vũ trụ học tiêu chuẩn của chúng ta. Dị thường lớn nhất trong số này, lần đầu tiên được tìm thấy trong bản đồ CMB của Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) của NASA vào năm 2004, là "điểm lạnh", một khu vực trên bầu trời bao phủ khoảng 20 lần chiều rộng của trăng tròn, nơi các photon cổ đại lạnh bất thường. 

Điểm lạnh không khác gì một nốt ruồi trên bức ảnh em bé của chúng ta: đối với một số người, đó là một nốt ruồi xấu xí phá vỡ tính đối xứng hùng vĩ của CMB; đối với những người khác, nó làm nổi bật các đặc điểm của vũ trụ và tăng thêm sự phấn khích. 

Điểm lạnh CMB là gì?

Bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) là tàn dư bức xạ từ Big Bang, lấp đầy toàn bộ vũ trụ và có nhiệt độ gần như đồng đều. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra những vùng nhỏ có nhiệt độ dao động rất nhỏ so với nhiệt độ trung bình. Một trong những vùng đáng chú ý nhất là "Điểm lạnh" (CMB Cold Spot), một khu vực lớn hơn và lạnh hơn đáng kể so với các vùng lân cận. Điểm lạnh này nằm trong chòm sao Eridanus.

Một trong những giải thích ban đầu và phổ biến nhất cho Điểm lạnh là sự tồn tại của một "siêu lỗ hổng" (supervoid) khổng lồ trên đường nhìn của chúng ta đến vùng đó. Siêu lỗ hổng là những vùng không gian rộng lớn chứa rất ít hoặc không có vật chất (thiên hà, cụm thiên hà...). Theo hiệu ứng tích hợp Sachs-Wolfe (Integrated Sachs-Wolfe effect), các photon CMB khi đi qua một vùng có mật độ vật chất thấp hơn sẽ mất năng lượng và trở nên lạnh hơn.

Nghiên cứu của Giáo sư Tom Shanks và khả năng va chạm trong Đa vũ trụ:

Giáo sư Tom Shanks và cộng sự tại Đại học Durham đã thực hiện các nghiên cứu sâu rộng về Điểm lạnh, đặc biệt tập trung vào việc khảo sát sự phân bố của các thiên hà trong vùng này để tìm kiếm bằng chứng về một siêu lỗ hổng lớn.

Năm 2017, nhóm của Giáo sư Shanks công bố kết quả nghiên cứu cho thấy không có bằng chứng về một siêu lỗ hổng duy nhất đủ lớn để gây ra sự giảm nhiệt độ đáng kể của Điểm lạnh. Thay vào đó, họ phát hiện ra rằng vùng này có thể bao gồm nhiều lỗ hổng nhỏ hơn được bao quanh bởi các cụm thiên hà, tương tự như cấu trúc "bọt xà phòng" của phần còn lại của vũ trụ.

Với việc loại trừ khả năng một siêu lỗ hổng thông thường gây ra Điểm lạnh, Giáo sư Shanks và các nhà nghiên cứu khác đã xem xét các giải thích "kỳ lạ" hơn, bao gồm cả khả năng va chạm với một vũ trụ khác trong khuôn khổ thuyết đa vũ trụ.

Lý do Điểm lạnh có thể là dấu vết của vụ va chạm vũ trụ:

Kích thước và độ lạnh bất thường: Điểm lạnh lớn hơn và lạnh hơn nhiều so với các dao động nhiệt độ ngẫu nhiên dự kiến trong CMB theo mô hình vũ trụ chuẩn. Điều này cho thấy có thể có một nguyên nhân đặc biệt gây ra nó.

Tính phi Gauss (non-Gaussianity): Các dao động nhiệt độ trong CMB thường tuân theo phân bố Gauss (chuẩn). Tuy nhiên, Điểm lạnh có vẻ cho thấy sự lệch lạc khỏi phân bố này, gợi ý về một quá trình vật lý khác thường.

Va chạm vũ trụ: Theo một số mô hình đa vũ trụ, các "vũ trụ bong bóng" có thể va chạm với nhau. Một vụ va chạm như vậy trong vũ trụ sơ khai có thể để lại dấu vết dưới dạng một vùng có nhiệt độ khác biệt trong CMB, tương tự như Điểm lạnh. Năng lượng giải phóng từ một vụ va chạm có thể tạo ra một vùng lạnh hơn hoặc nóng hơn.

Quan điểm của Giáo sư Tom Shanks:

Giáo sư Tom Shanks cho rằng, mặc dù không thể loại trừ hoàn toàn khả năng Điểm lạnh là một biến động thống kê cực kỳ hiếm gặp trong mô hình chuẩn, nhưng nếu không phải như vậy, thì lời giải thích về vụ va chạm với một vũ trụ khác là một khả năng "thú vị" nhất. Ông nhấn mạnh rằng cần có thêm các phân tích chi tiết về dữ liệu CMB, đặc biệt là dữ liệu về phân cực, để kiểm tra giả thuyết này. Nếu các phân tích sâu hơn cho thấy một tín hiệu phân cực đặc biệt trong Điểm lạnh, nó có thể là bằng chứng mạnh mẽ ủng hộ giả thuyết va chạm vũ trụ.

Kết luận:

Điểm lạnh trong CMB là một anomali đáng chú ý và vẫn chưa có lời giải thích dứt khoát. Nghiên cứu của Giáo sư Tom Shanks và các đồng nghiệp đã bác bỏ khả năng một siêu lỗ hổng thông thường là nguyên nhân chính. Điều này mở ra những khả năng thú vị hơn, bao gồm cả giả thuyết Điểm lạnh là dấu vết của một vụ va chạm giữa vũ trụ của chúng ta và một vũ trụ khác. Mặc dù đây vẫn chỉ là một giả thuyết và cần có thêm bằng chứng xác thực, nhưng nó cho thấy Điểm lạnh có thể là một cửa sổ độc đáo để khám phá những ý tưởng sâu sắc về cấu trúc và lịch sử của vũ trụ, thậm chí cả sự tồn tại của đa vũ trụ.

Thế Anh