Dùng trí tuệ nhân tạo giải mật bí ẩn nhất vũ trụ: Năng lượng tối

Nghiên cứu do nhóm cộng tác Khảo sát Năng lượng tối thực hiện đã tăng gấp đôi độ chính xác của bản đồ mà từ đó, có thể suy ra các đặc điểm chính của Vũ trụ, gồm cả mật độ tổng thể của năng lượng tối. Độ chính xác tăng lên này cho phép các nhà nghiên cứu hoàn thiện các mô hình Vũ trụ mà trước đây.

Những tiến bộ trong hiểu biết vũ trụ

Năng lượng tối là nguồn lực bí ẩn đang đẩy nhanh sự giãn nở của vũ trụ và được cho là chiếm khoảng 70% thành phần của vũ trụ (với vật chất tối tạo lực hấp dẫn kéo các thiên hà không tách xa nhau, chiếm 25% còn vật chất thông thường chỉ chiếm 5%).

Chủ biên công trình, Tiến sĩ Niall Jeffrey (Viện Vật lý & Thiên văn học UCL) cho biết: “Sử dụng AI được nạp dữ liệu từ các vũ trụ mô phỏng bằng máy tính, chúng tôi đã tăng độ chính xác trong ước tính về các đặc tính chính của Vũ trụ lên gấp hai lần. Nếu không có những kỹ thuật mới này, chúng tôi sẽ cần lượng dữ liệu gấp bốn lần thì mới hoàn thành khối lượng công việc như hiện giờ. Điều này tương đương với việc lập bản đồ 300 triệu thiên hà”.

Đồng tác giả, Tiến sĩ Lorne Whiteway (Viện Vật lý & Thiên văn học UCL) cho biết: “Phát hiện của chúng tôi phù hợp với dự đoán tốt nhất hiện nay về năng lượng tối như một ‘hằng số vũ trụ’ có giá trị không thay đổi theo không gian hoặc thời gian. Tuy nhiên, chúng cũng khá linh hoạt để đưa ra một lời giải thích chính xác khác. Ví dụ, vẫn có thể là lý thuyết về lực hấp dẫn của chúng ta bị sai lệch ở đâu đó”.

Tinh chỉnh các mô hình vũ trụ

Phù hợp với phân tích trước đây về bản đồ Khảo sát Năng lượng Tối, được xuất bản lần đầu tiên vào năm 2021, các phát hiện mới cho thấy vật chất trong Vũ trụ phân tán đều hơn hay nói nôm na là ít vón cục hơn so với dự đoán trong lý thuyết tương đối rộng của Albert Einstein. Tuy nhiên, sự khác biệt trong nghiên cứu này ít đáng kể hơn so với phân tích trước đó.

Bản đồ Khảo sát Năng lượng Tối thu được thông qua một phương pháp gọi là thấu kính hấp dẫn yếu – nghĩa là xem ánh sáng từ các thiên hà xa xôi trên đường tới Trái đất đã bị bẻ cong như thế nào bởi lực hấp dẫn của vật chất, gồm cả vật chất tối.

Nhóm cộng tác đã phân tích sự biến dạng về hình dạng của 100 triệu thiên hà để suy ra sự phân bố của tất cả vật chất, cả vật chất tối và vật chất quan sát được, ở phía trước của các thiên hà đó. Bản đồ thu được bao phủ một phần tư bầu trời ở Nam bán cầu.

Đối với nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng siêu máy tính tối tân để chạy mô phỏng các vũ trụ khác nhau dựa trên dữ liệu từ bản đồ vật chất Khảo sát Năng lượng Tối. Mỗi mô phỏng có một hàm toán học khác nhau về vũ trụ làm nền tảng cho nó.

Vai trò của Camera Năng lượng tối

Giai đoạn tiếp theo của các dự án vũ trụ tối mà mới mới nhất là vụ phóng tàu Euclid của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), vào mùa hè năm ngoái – sẽ làm tăng đáng kể lượng dữ liệu chúng ta có về các cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ. Điều giúp các nhà nghiên cứu xác định xem liệu sự phân bố vật chất với độ mịn bất ngờ của vũ trụ có là một dấu hiệu cho thấy các mô hình vũ trụ hiện tại của chúng bị sai lệch hoặc liệu có cách giải thích nào khác cho nó hay không. Hiện tại, độ mịn này mâu thuẫn với những gì được dự đoán dựa trên phân tích nền vi sóng vũ trụ (CMB) – ánh sáng còn sót lại từ Vụ nổ lớn.

Chương trình hợp tác Khảo sát Năng lượng tối, trong đó UCL là thành viên sáng lập, được tổ chức bởi Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi (Fermilab) của Bộ Năng lượng Mỹ và có sự tham gia của hơn 400 nhà khoa học từ 25 tổ chức ở 7 quốc gia.

Sự hợp tác này đã lập danh mục hàng trăm triệu thiên hà, sử dụng các bức ảnh chụp bầu trời đêm được chụp bởi Camera Năng lượng tối (DECam) - một trong những máy ảnh kỹ thuật số mạnh nhất thế giới - trong hơn 6 năm (từ 2013 đến 2019). Chiếc máy ảnh này có bộ hiệu chỉnh quang học được chế tạo tại UCL, được gắn trên kính thiên văn tại Đài quan sát Cerro Tololo đặt ở Chile.

Đó là một trong những thiết bị chụp ảnh mạnh mẽ nhất từng được chế tạo. Nó vừa cho ra tấm ảnh tuyệt đẹp có độ phân giải 1,3 gigapixel là hình ảnh lớn nhất từng được chụp từ Camera Năng lượng Tối. Khối sợi bụi và các tua khí cuồn cuộn trải dài trong không gian 100 năm ánh sáng là tàn dư siêu tân tinh Vela sau vụ một ngôi sao đã phát nổ khoảng 11.000 năm trước.

Trên thực tế, đây là hình ảnh lớn nhất từng được máy ảnh tạo ra (1,3 tỷ pixel). Để so sánh, một chiếc điện thoại thông minh hàng đầu chỉ sở hữu camera 48 megapixel (48 triệu pixel).