với nửa giải cho

Saul Perlmutter
Dự án Vũ trụ học Sao siêu mới
Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và trường đại học California,
Berkeley, CA, Mĩ

và nửa giải Nobel còn lại trao chung cho

Brian P. Schmidt
Đội Tìm kiếm Sao siêu mới z-cao 
Đại học quốc gia Australian,
Weston Creek, Australia

và

Adam G. Riess
Đội Tìm kiếm Sao siêu mới z-cao
Đại học Johns Hopkins và Viện Khoa học Kính thiên văn vũ trụ, 
Baltimore, MD, Mĩ

"cho việc khám phá ra sự dãn nở đang tăng tốc của Vũ trụ qua các quan sát sao siêu mới ở xa”

Trong một thông cáo của ủy ban trao giải Nobel 2011, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển cho biết, “Trong gần một thế kỉ, vũ trụ được biết đang dãn nở là hệ quả của Vụ nổ Lớn (Big Bang) hồi khoảng 14 tỉ năm trước. Tuy nhiên, việc khám phá rằng sự dãn nở này đang tăng tốc là thật bất ngờ. Nếu sự dãn nở sẽ còn tiếp tục tăng tốc thì vũ trụ sẽ chết trong băng giá”.

Năng lượng còn thiếu

Chỉ mới 25 năm trước đây thôi, đa số các nhà khoa học tin rằng vũ trụ có thể mô tả bằng mô hình đơn giản và đẹp đẽ của Albert Einstein và Willem de Sitter từ năm 1932 trong đó lực hấp dẫn từ từ làm chậm lại sự dãn nở của không gian.

Tuy nhiên, từ giữa thập niên 1980, một loạt quan sát nổi bật đã thực hiện dường như không khớp với lí thuyết chuẩn, khiến một số người đề xuất nên đưa một số hạng cũ và đã “mất giá” từ thuyết tương đối tổng quát của Einstein – “hằng số vũ trụ học” hay “lamba” – trở lại để giải thích dữ liệu đó.

Hằng số này ban đầu do Einstein đưa ra vào năm 1917 để kháng lại lực hút của sự hấp dẫn, vì ông tin rằng vũ trụ là tĩnh. Ông xem nó là một tính chất của bản thân không gian, nhưng nó cũng có thể hiểu là một dạng năng lượng phân bố đều khắp trong toàn không gian; nếu lambda lớn hơn zero, thì năng lượng đồng đều đó có áp suất âm và tạo ra một dạng lực đẩy hấp dẫn kì lạ. Tuy nhiên, Einstein đã dần vỡ mộng với số hạng trên và cuối cùng ông đã vứt bỏ nó vào năm 1931 sau khi Edwin Hubble và Milton Humason phát hiện thấy vũ trụ đang dãn nở.

Năm 1987, các nhà vật lí tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và trường Đại học California tại Berkeley đã khởi động Dự án Vũ trụ học Sao siêu mới (SCP) săn tìm những ngôi sao đang bùng nổ ở xa nhất định định luật sao siêu mới Loại Ia. Họ hi vọng sử dụng những ngôi sao này để tính toán, ngoài những mục đích khác, tốc độ mà sự dãn nở của vũ trụ đang chậm dần.

Người ta trông đợi sự giảm tốc vì trong sự vắng mặt của lambda, nhiều người nghĩ rằng "ΩM", lượng vật chất quan sát thấy trong vũ trụ ngày nay là một phần của mật độ tới hạn trên, vừa đủ để làm chậm sự dãn nở của vũ trụ mãi mãi, nếu như không mang đến một kết cục dừng cuối cùng.

Năm 1998, sau nhiều năm quan sát, hai nhóm săn tìm sao siêu mới đối đầu nhau – Đội Tìm kiếm Sao siêu mới Z-cao do Schmidt đứng đầu với Riess là một thành viên, và SCP do Perlmutter đứng đầu – đã đi đến kết luận rằng sự dãn nở vũ trụ thật ra đang tăng tốc và không chậm đi dưới sự ảnh hưởng của lực hấp dẫn như người ta có thể trông đợi.

Hai đội đã đi đến kết luận này bằng cách nghiên cứu những sao siêu mới Loại Ia, trong đó họ tìm thấy ánh sáng đi từ hơn 50 sao siêu mới ở xa yếu hơn so với trông đợi. Đây là một dấu hiệu rằng sự dãn nở của Vũ trụ đang tăng tốc.

Để giải thích cho sự tăng tốc đó, khoảng 75% khối lượng-năng lượng của vũ trụ phải cấu tạo từ một số chất liệu đẩy hấp dẫn chưa ai từng trông thấy trước đó. Chất liệu này, cái sẽ xác định số phận của vũ trụ, được đặt tên là năng lượng tối.

Ngày nay, người ta nghĩ năng lượng tối chiếm khoảng 75% vũ trụ hiện tại, với chừng 21% là vật chất tối và phần còn lại là vật chất thông thường và năng lượng tạo nên Trái đất, các hành tinh và các ngôi sao.

Những khám phá này đã mang lại giải Nobel vật lý năm 2011 cho ba nha khoa học  Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, Adam G. Riess

Những vấn đề mới

Nhà vũ trụ học Michael Turner ở trường Đại học Chicago cho biết giải thưởng Nobel vật lý trao cho Perlmutter, Riess và Schmidt là “rất xứng đáng”. “Hai đội cạnh tranh nhau là một câu chuyện hay dài kì trong khoa học – các nhà vật lý đấu với các nhà thiên văn”, Turner nói. “Bất ngờ lớn nhất với cả hai đội là đội kia đã đưa ra câu trả lời giống hệt như vậy. Mỗi đội đều tin rằng đội kia không biết họ đang làm gì”.

Turner bổ sung thêm rằng trước khám phá trên, vũ trụ học đang ở trong tình trạng khá lộn xộn với các nhà thiên văn học có một mô hình của vũ trụ dựa trên vật chất tối lạnh và sự lạm phát, nhưng không có đủ vật chất để tạo ra vũ trụ phẳng – dự đoán chủ chốt của lí thuyết lạm phát.

“Năng lượng tối và sự tăng tốc vũ trụ là mảnh còn thiếu của câu đố trên”, Turner nói. Hơn nữa, trong khi giải quyết một vấn đề nó đã mang đến cho chúng ta một vấn đề mới – năng lượng tối là gì? Tôi nghĩ đó là bí ẩn nổi bật nhất của mọi ngành khoa học”.