Vũ trụ ngày càng nóng lên khi mở rộng

Trong gần một thế kỷ, các nhà thiên văn học đã hiểu rằng vũ trụ đang ở trạng thái giãn nở. Kể từ những năm 1990, họ đã hiểu rằng kể từ 4 tỷ năm trước, tốc độ mở rộng đã được tăng tốc.

Khi điều này tiến triển, các cụm thiên hà và các dải thiên hà của vũ trụ ngày càng xa nhau, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng nhiệt độ trung bình của vũ trụ sẽ giảm dần.

Theo nghiên cứu mới do Trung tâm Vũ trụ học và Vật lý Hạt thiên văn (CCAPP) tại Đại học Bang Ohio, Mỹ, dường như vũ trụ đang thực sự nóng lên khi thời gian trôi qua.

Sau khi khảo sát lịch sử nhiệt của vũ trụ trong 10 tỷ năm qua, nhóm nghiên cứu kết luận rằng nhiệt độ trung bình của khí vũ trụ đã tăng hơn 10 lần.

Nghiên cứu được dẫn đầu bởi Yi-Kuan Chiang, một thành viên nghiên cứu tại CCAP, và bao gồm các thành viên từ Viện Vật lý và Toán học Vũ trụ Kavli (Kavli IPMU), Đại học Johns Hopkins và Viện Max-Planck.

Để phục vụ cho việc nghiên cứu, nhóm các nhà khoa học đã kiểm tra dữ liệu nhiệt trên Cấu trúc Quy mô Lớn (LSS) của vũ trụ. Điều này đề cập đến các mô hình của các thiên hà và vật chất trên quy mô vũ trụ lớn nhất, là kết quả của sự sụp đổ hấp dẫn của vật chất tối và khí.

“Phép đo mới của chúng tôi cung cấp xác nhận trực tiếp về công trình nghiên cứu của Jim Peebles – người đoạt giải Nobel Vật lý năm 2019 – người đã đặt ra lý thuyết về cách cấu trúc quy mô lớn hình thành trong vũ trụ. Khi vũ trụ phát triển, lực hấp dẫn kéo vật chất tối và khí trong không gian kết hợp với nhau thành các thiên hà và cụm thiên hà. Lực cản rất dữ dội đến mức ngày càng nhiều khí bị sốc và nóng lên”, tiến sĩ Chiang đã giải thích.

Để đo những thay đổi nhiệt trong 10 tỷ năm qua, Chiang và các đồng nghiệp của ông đã kết hợp dữ liệu từ Vệ tinh thăm dò Thiên văn Hồng ngoại Planck của ESA và Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan (SDSS). Trong khi Planck là sứ mệnh đầu tiên của châu Âu đo nhiệt độ của Nền Vi sóng Vũ trụ (CMB), SDSS là một cuộc khảo sát đa quang phổ khổng lồ đã tạo ra các bản đồ 3D chi tiết nhất của vũ trụ.

Từ các tập dữ liệu này, nhóm nghiên cứu đã so sánh chéo tám bản đồ cường độ bầu trời của Planck với 2 triệu tham chiếu dịch chuyển quang phổ từ SDSS. Kết hợp các phép đo dịch chuyển đỏ (thường được sử dụng để xác định tốc độ di chuyển của các vật thể ra xa chúng ta) và ước tính nhiệt độ dựa trên ánh sáng, nhóm nghiên cứu đã so sánh nhiệt độ của những đám mây khí ở xa hơn với những đám mây gần Trái đất hơn.

Từ đó, nhóm nghiên cứu có thể xác nhận rằng nhiệt độ trung bình của các chất khí trong vũ trụ sơ khai (khoảng 4 tỷ sau vụ nổ Big Bang) thấp hơn hiện tại. Điều này rõ ràng là do sự sụp đổ hấp dẫn của cấu trúc vũ trụ theo thời gian, một xu hướng sẽ tiếp tục và trở nên gay gắt hơn khi sự giãn nở của vũ trụ tiếp tục tăng tốc.

Vũ trụ đang ấm lên do quá trình hình thành cấu trúc và thiên hà tự nhiên, không liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ trên Trái đất.

Khi vũ trụ phát triển, lực hấp dẫn kéo vật chất tối và khí trong không gian lại với nhau thành các thiên hà và các cụm thiên hà. Lực cản rất dữ dội đến mức ngày càng nhiều khí bị sốc và nóng lên. Những hiện tượng này đang xảy ra trên các quy mô rất khác nhau. Chúng hoàn toàn không được kết nối.

Trong quá khứ, nhiều nhà thiên văn học đã lập luận rằng vũ trụ sẽ tiếp tục lạnh đi khi nó mở rộng. Nhưng ngược lại, Chiang và các cộng sự của ông đã chỉ ra rằng các nhà khoa học có thể theo dõi quá trình hình thành cấu trúc vũ trụ bằng cách “kiểm tra nhiệt độ” của vũ trụ.

Một mặt, các nhà khoa học cho rằng một giải pháp khả thi cho Nghịch lý Fermi là các trí tuệ ngoài Trái đất (ETI) không hoạt động. Một phần dựa trên nhiệt động lực học của máy tính ( Nguyên lý Landauer), lập luận cho rằng khi vũ trụ nguội đi, các loài sinh vật tiên tiến sẽ có thể khai thác được nhiều hơn từ siêu cấu trúc của chúng. Ngoài ra, nếu vũ trụ nóng lên theo thời gian, điều đó có nghĩa là sự xuất hiện của sự sống sẽ ít có khả năng hơn theo thời gian do bức xạ vũ trụ tăng lên.