Nghiên cứu đột phá phát hiện người ngoài hành tinh có thể đang sống trong các vũ trụ song song

Những bí ẩn của vũ trụ vượt xa những ngôi sao mà chúng ta thấy, bao gồm cả những thế lực đen tối và những điều chưa biết định hình nên Vũ trụ của chúng ta. Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý thiên văn và vũ trụ học đã nghiên cứu sâu về cách các thiên hà - những hệ thống khổng lồ gồm sao, khí và vật chất tối - hình thành và tiến hóa trong không gian bao la này.


Hình ảnh từ Kính viễn vọng Không gian Hubble này chụp được một hệ thống ba sao, có thể chứa các hành tinh có khả năng sinh sống. Hàng xóm sao gần nhất của chúng ta, hệ thống Alpha Centauri, bao gồm ba ngôi sao. (Nguồn: NASA, ESA, G. Duchene (Đại học Grenoble I); Xử lý hình ảnh: Gladys Kober (NASA/Đại học Công giáo Hoa Kỳ)).

Mặc dù khoa học đã có những bước tiến đáng kể, nhưng các quá trình then chốt như hình thành sao, động lực học khí và cơ chế phản hồi vẫn chỉ được hiểu một phần. Thêm vào sự phức tạp đó là năng lượng tối, một thế lực bí ẩn đang đẩy nhanh sự giãn nở của Vũ trụ, với những hàm ý sâu rộng đối với sự tồn tại tiềm tàng của sự sống.

Nghiên cứu mới từ Đại học Durham mang đến những hiểu biết mới mẻ về những bí ẩn vũ trụ này. Nghiên cứu này giới thiệu một khuôn khổ được thiết kế để ước tính khả năng xuất hiện sự sống không chỉ trong Vũ trụ của chúng ta mà còn trên khắp các đa vũ trụ lý thuyết.

Lấy cảm hứng từ Phương trình Drake, mô hình này khám phá sự tương tác giữa mật độ năng lượng tối và tốc độ hình thành sao, làm nổi bật vai trò quan trọng của chúng trong việc hình thành các điều kiện để sự sống phát sinh.


Mật độ năng lượng tối và tốc độ hình thành sao định hình tiềm năng của Vũ trụ đối với sự sống thông minh trong vũ trụ của chúng ta và xa hơn nữa. (Nguồn: Lee Davy của flickr).

Một khuôn khổ vũ trụ học cho sự hình thành sao

Mô hình Vật chất Tối Lạnh (CDM) tạo thành nền tảng cho việc hiểu các cấu trúc vũ trụ quy mô lớn. Mô hình này giải thích sự hình thành thiên hà thông qua sự sụp đổ hấp dẫn của các quầng vật chất tối từ một vũ trụ sơ khai gần như đồng nhất.

Trong khi các mô phỏng N-body và mô hình phân tích đã cải thiện hiểu biết của chúng ta về quá trình hình thành quầng sáng, thì sự phức tạp của vật lý baryon - sự tích tụ khí, sự hình thành sao và phản hồi sao - vẫn đặt ra những thách thức dai dẳng.

Các mô hình ban đầu tiếp cận quá trình hình thành sao với những giả định đơn giản hóa, tập trung vào thời gian làm mát và tốc độ chuyển đổi khí thành sao. Tuy nhiên, chúng thường bỏ qua các cơ chế phản hồi phức tạp từ các ngôi sao và nhân thiên hà hoạt động (AGN).

Những cải tiến sau đó đã kết hợp các quá trình này và khám phá động lực đồng tiến hóa, bao gồm sự hình thành lỗ đen và vai trò của nó trong sự phát triển của thiên hà.

Gần đây hơn, các mô phỏng thủy động lực học tiên tiến đã đạt được thành công đáng kể trong việc tái tạo các hiện tượng vũ trụ quan sát được. Các mô hình này mô phỏng tương tác giữa vật chất baryon và vật chất tối , nắm bắt các quá trình như phản hồi do siêu tân tinh gây ra.

Tuy nhiên, độ chính xác của các mô phỏng này phụ thuộc vào các quy định lưới phụ - các phương pháp gần đúng để mô hình hóa vật lý quy mô nhỏ. Do đó, tính vững chắc của các dự đoán trên các tham số vũ trụ khác nhau vẫn là một câu hỏi mở.

Năng lượng tối và những nghịch lý của nó

Năng lượng tối chiếm hơn hai phần ba tổng năng lượng của Vũ trụ và chi phối sự giãn nở gia tốc của nó. Mặc dù đóng vai trò then chốt, bản chất vật lý của năng lượng tối vẫn còn là một bí ẩn.


Cùng một khu vực của Vũ trụ sẽ trông như thế nào xét về số lượng sao với các giá trị mật độ năng lượng tối khác nhau. Theo chiều kim đồng hồ, từ trên cùng bên trái, không có năng lượng tối, mật độ năng lượng tối tương tự như trong Vũ trụ của chúng ta, gấp 30 và 10 lần mật độ năng lượng tối trong Vũ trụ của chúng ta. Hình ảnh được tạo ra từ một bộ mô phỏng vũ trụ học. (TÍN DỤNG: Oscar Veenema).

Một giả thuyết phổ biến liên kết nó với năng lượng của chân không lượng tử, nhưng các tính toán lý thuyết lại cho thấy những sai lệch trải dài trên nhiều cấp độ. Những nỗ lực để giải quyết "vấn đề hằng số vũ trụ học" này bao gồm việc viện dẫn các trường vô hướng, các lý thuyết trọng lực đã được sửa đổi , hoặc các kịch bản đa vũ trụ.

Một câu đố, "vấn đề tại sao ngay bây giờ", đặt ra câu hỏi tại sao năng lượng tối chỉ mới bắt đầu thống trị sự giãn nở của Vũ trụ gần đây, trùng với thời điểm hình thành Mặt trời.

Một số lý thuyết đề xuất lý luận nhân học, trong đó các thông số vũ trụ bị ràng buộc bởi các điều kiện cần thiết để người quan sát tồn tại. Trong bối cảnh này, các mô hình đa vũ trụ đề xuất một tập hợp các vũ trụ, mỗi vũ trụ có các hằng số vật lý khác nhau.

Một mô hình mới cho sự sống ngoài vũ trụ

Nghiên cứu của Đại học Durham dựa trên những ý tưởng này, giới thiệu một mô hình liên kết mật độ năng lượng tối và tốc độ hình thành sao với sự xuất hiện của sự sống. Không giống như Phương trình Drake, vốn ước tính các nền văn minh thông minh trong Dải Ngân Hà, phương pháp này tính toán xác suất tương đối của sự sống trên khắp các vũ trụ giả định.


Phương trình Drake, một công thức toán học tính toán xác suất tìm thấy sự sống hoặc nền văn minh tiên tiến trong Vũ trụ, được hai nhà nghiên cứu của Đại học Rochester sửa đổi vào năm 2016. (TÍN DỤNG: Đại học Rochester).

Nhóm nghiên cứu đã khám phá tỷ lệ vật chất thông thường được chuyển đổi thành sao trong lịch sử vũ trụ dưới các mật độ năng lượng tối khác nhau. Trong Vũ trụ của chúng ta, tỷ lệ này xấp xỉ 23%. Tuy nhiên, mô hình dự đoán rằng một vũ trụ có mật độ năng lượng tối cao hơn có thể đạt hiệu suất hình thành sao là 27%. Điều này cho thấy Vũ trụ của chúng ta, mặc dù hỗ trợ sự sống, có thể không tối đa hóa các điều kiện để sự sống phát triển.

"Hiểu được năng lượng tối và tác động của nó lên Vũ trụ của chúng ta là một trong những thách thức lớn nhất trong vũ trụ học", Tiến sĩ Daniele Sorini, nhà nghiên cứu chính, cho biết. "Điều đáng ngạc nhiên là chúng tôi phát hiện ra rằng ngay cả mật độ năng lượng tối cao hơn đáng kể vẫn có thể tương thích với sự sống, cho thấy chúng ta có thể không sống trong vũ trụ có khả năng tồn tại cao nhất."

Ý nghĩa đối với các vũ trụ song song

Những phát hiện của nghiên cứu này có ý nghĩa sâu sắc đối với khái niệm vũ trụ song song. Trong các mô hình lạm phát ngẫu nhiên, một đa vũ trụ vô hạn xuất hiện, với mỗi "vũ trụ bong bóng" sở hữu các hằng số vật lý riêng biệt. Tập hợp này cung cấp một khuôn khổ thống kê để hiểu tại sao Vũ trụ của chúng ta lại có những đặc tính riêng.

Lý luận nhân học, tuy còn gây tranh cãi, nhưng lại được coi là một công cụ giải thích hữu ích trong bối cảnh này. Tương tự như khái niệm vùng sinh sống được xung quanh các ngôi sao, cách tiếp cận này xem xét các điều kiện thuận lợi cho sự sống. Bằng cách khám phá vật lý thiên văn về sự hình thành sao và sự tiến hóa cấu trúc quy mô lớn, các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu xác định các thông số phổ quát cho phép sự sống tồn tại.

"Sẽ rất thú vị khi sử dụng mô hình này để khám phá sự xuất hiện của sự sống trên khắp các vũ trụ khác nhau", đồng tác giả Giáo sư Lucas Lombriser của Đại học Genève nhận xét . "Điều này có thể dẫn đến việc xem xét lại những câu hỏi cơ bản về Vũ trụ của chúng ta."


CSFRD, được tính toán bằng cách mở rộng mô hình SP21 của chúng tôi (đường nét đứt màu đen) và được đưa ra bởi mô hình SP21 ban đầu (đường nét đứt màu đỏ chấm). Ở bảng bên trái, chúng tôi tiếp tục minh họa bằng phép khớp thực nghiệm (đường nét đứt màu đen) với dữ liệu quan sát do Madau & Dickinson (2014) cung cấp (các điểm dữ liệu màu xám). Bảng bên phải hiển thị hành vi của mô hình SP21 và hình thức mở rộng của chúng tôi trong tương lai của Vũ trụ.

Hướng tới sự hiểu biết thống nhất

Sự tương tác giữa năng lượng tối, sự hình thành sao và tiềm năng của sự sống đặt ra thách thức cho các nhà khoa học trong việc mở rộng ranh giới lý thuyết và tính toán. Mô phỏng thủy động lực học toàn diện cung cấp những hiểu biết chi tiết nhưng lại đòi hỏi khối lượng tính toán lớn. Các mô hình phân tích đơn giản hóa, tuy kém chính xác hơn, nhưng cung cấp các khuôn khổ trực quan để khám phá quá trình tiến hóa vũ trụ trong những khoảng thời gian vô cùng rộng lớn.

Bằng cách kết hợp những cách tiếp cận này, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ giải đáp những câu hỏi lâu nay về sự tinh chỉnh của Vũ trụ. Tại sao Vũ trụ của chúng ta lại hỗ trợ sự sống thông minh ? Các thông số của nó so sánh thế nào với đa vũ trụ giả thuyết?

Những cuộc điều tra này kết nối vật lý thiên văn, vũ trụ học và việc tìm kiếm sự sống ngoài trái đất, mang lại hiểu biết sâu sắc hơn về vị trí của chúng ta trong vũ trụ.

Lưu ý: Tài liệu trên được cung cấp bởi  The Brighter Side of News . Nội dung có thể được chỉnh sửa về văn phong và độ dài.

Nguồn: thebrighterside 
Chuyên mục: