Có bao nhiêu hạt photon trong toàn bộ vũ trụ, câu trả lời sẽ khiến bạn kinh ngạc!

Các nhà khoa học đã tính toán được số photon trong vũ trụ và con số này sẽ khiến bạn phải ngạc nhiên vì nằm ngoài dự đoán thông thường.

Lý thuyết Big Bang (Vụ Nổ Lớn) được xem là lời lý giải đúng đắn nhất cho đến nay để chúng ta có thể hiểu được sự thành thành và phát triển của vũ trụ. Theo đó, vũ trụ của chúng ta được bắt đầu từ điểm kỳ dị không - thời gian (có thể xem là "khởi sinh" của vũ trụ).

Đó là điểm mà mật độ vật chất cũng như độ cong của không - thời gian là vô cùng. Sau Vụ Nổ Lớn thì không - thời gian cũng như vật chất sẽ được hình thành, trong đó giai đoạn lạm phát (vũ trụ ở vào trạng thái cực nóng, đặc và bắt đầu giãn nở nhanh chóng) sẽ xuất hiện các hạt cơ bản.


Vũ trụ tiến hóa sau vụ nổ Big Bang. Ảnh: Forbes.

Vũ trụ lúc này sẽ lạnh hơn và các hạt nặng lượng bức xạ (photon) chuyển đổi thành nhiều hạt hạ nguyên tử (như proton, neutron và electron). Do đó sẽ không có gì đáng ngạc nhiên nếu như chúng ta cho rằng số lượng các hạt photon là vô hạn.

Thế nhưng bạn sẽ phải ngạc nhiên trước công bố mới của một nhóm các nhà khoa học khi chỉ ra rằng tổng số photon sản xuất bởi vũ trụ lại là một con số hữu hạn mà bạn hoàn toàn có thể viết chúng ra trên một tờ giấy.

Nói cách khác chúng ta hoàn toàn có thể đếm được chúng! Đó là những gì mà các nhà thiên văn học của trường khoa học cao đẳng Clemson (Clemson College of Science), Nam Carolina, Mỹ công bố trên tạp chí khoa học Science.

Nhà vật lý thiên văn Marco Ajello (ngoài cùng tính từ bên trái qua phải) đã dẫn đầu nhóm nghiên cứu tại trường khoa học cao đẳng Clemson để tìm kiếm câu trả lời về photon. Ảnh: EurekAlert!

Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi nhà vật lý thiên văn Marco Ajello - người có đam mê đặc biệt với vũ trụ học và vật lý hạt thiên văn, cho biết tổng số hạ photon được vũ trụ sản sinh ra 13,7 tỷ năm trước là 4x1084 hạt.

Nếu viết ra một tờ giấy để dễ hình dung hơn thì con số đó sẽ là:

4,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 hạt photon.

Làm thế nào để tính toán số photon được hình thành sau vụ nổ Big Bang?

Ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy được tạo ra bởi các hạt photon, sóng radio, tia X cũng được tạo ra từ photon, do đó để tính toán số photon trong vũ trụ thì việc nghiên cứu ánh sáng là điều không thể thiếu được.

Nếu chỉ xét ánh sáng phát ra của một chiếc bóng đèn mỗi giây thì đã có tới 10^20 hạt photon trong đó, còn ánh sáng Mặt Trời là 10^45 photon/giây. Như vậy rất khó để sử dụng phương pháp trực tiếp là đếm từng hạt photon có trong mỗi chùm sáng.

Chúng ta không thể đếm từng photon vì chúng là hạt cơ bản nhất không thể phân chia và hơn nữa chúng là một con số quá lớn. Tuy nhiên chúng ta hoàn toàn có thể tính ra số hạt photon nếu biết năng lượng của một chùm sáng.

Điều này cũng giống như thay vì đếm có bao nhiều trang giấy trong một cuốn sách dày cộm, chúng ta chỉ việc đo độ dày của cuốn sách rồi chia cho độ dày của một trang giấy vậy!

Xem video:

Để có thể có được con số cụ thể này thì nhóm nghiên cứu của Ajello đã sử dụng các dữ liệu từ Kính thiên văn Vũ trụ tia Gamma Fermi (FGST) của NASA được phóng lên quỹ đạo vào ngày 11 tháng 6 năm 2008.

Kính Fermi có thể đo các tia gamma và sự tương tác của chúng với các đám bụi vũ trụ và tất cả các tia tử ngoại, ánh sáng nhìn được hay ánh sáng hồng ngoại phát ra từ các ngôi sao.

Điểm thú vị trong nghiên cứu là các nhà khoa học đã ghi nhận dấu hiệu tia gamma phát ra từ 739 thiên hà bao gồm cả hố đen siêu lớn và các blazar (luồng tia vật chất bắn ra từ các lỗ đen về phía Trái Đất với tốc độ ánh sáng).

Chùm tia blazar hướng tới Trái Đất. Ảnh: KM3NeT.

Bằng cách đo mức độ photon tia gamma chứa trong các luồng tia blazar có tốc độ siêu nhanh này có thể giúp các nhà khoa học không chỉ ước tính mật độ vết mờ vũ trụ (cosmic fog) bao quanh bất cứ nơi nào trong vũ trụ mà còn giúp tính toán các thời điểm trong lịch sử vũ trụ.

"Các photon tia gamma đi xuyên qua lớp bụi sương mù của ánh sáng sao có xác suất rất lớn bị hấp thụ" - Ajello giải thích.

"Bằng cách đo xem có bao nhiêu photon đã bị hấp thụ, chúng ta có thể đo độ dày của đám bụi sương mù cũng như hàm số thời gian, có bao nhiêu tia sáng có trong toàn bộ các phổ điện từ".

Các phổ điện từ là một dãy các bước sóng có tần số khác nhau bao gồm các tia gamma - được xem là ánh sáng nền ngoài thiên hà (EBL) mà đến ngày nay, mật độ của chúng có thể ước tính một cách gần chính xác nhờ Kính thiên văn Fermi.

Việc đo lường ánh sáng nền ngoài thiên hà (EBL) sẽ giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn về sự tiến hóa của các thiên hà, quá trình hình thành các ngôi sao và thậm chí là cả cách thức vũ trụ sẽ phát triển.

"Ánh sáng nền ngoài thiên hà (EBL) có thể xem như một cuốn sách ghi lại hoạt động của các ngôi sao cũng như sự tiến hóa của các thiên hà trong vũ trụ", Ajello cho biết.

Mặc dù vậy, cho đến ngày nay thì việc đo lường các EBL vẫn là điều vô cùng khó khăn với các nhà khoa học vì chúng rất mờ so với độ sáng của Ngân Hà hay các ánh sáng khác trong bầu trời đêm.

Nói cách khác, việc quan sát các thiên hà khác ngoài Ngân Hà của chúng ta cũng rất khó khăn vì chúng quá tối so với ánh sáng nền quá sáng. Để giải quyết bài toán này thì việc sử dụng phương pháp gián tiếp thay vì trực tiếp là một bước đột phá mới.

Khảo sát luồng tia blazar để gián tiếp tìm ra số photon có trong toàn bộ vũ trụ

"Bằng cách khảo sát các luồng tia blazar tại các khoảng cách khác nhau so với chúng ta, chúng tôi đã đo được tổng số các ánh sáng ngôi sao tại các thời kỳ thời gian khác nhau" , tiến sĩ Vaidehi Paliya - đồng tác giả nghiên cứu cho hay.

Tiến sĩ Vaidehi Paliya - đồng tác giả nghiên cứu (người đang đứng). Ảnh: Clemson University.

"Chúng tôi đo tổng số ánh sáng sao của mỗi thời kỳ - một tỷ năm trước, hai tỷ năm trước, sáu tỷ năm trước và cứ thế - kết quả sẽ đưa về khoảng thời gian khi những ngôi sao vừa mới định hình lần đầu tiên".

"Điều này cho phép chúng tôi tái tạo lại cấu trúc của ánh sáng nền ngoài thiên hà và xác định lịch sử hình thành các ngôi sao của vũ trụ theo một cách thức hiệu quả hơn những gì đạt được trước kia".

Kết quả không chỉ cung cấp một ước lượng chính xác nhất về ánh sáng nền ngoài thiên hà EBL mà còn tiết lộ lịch sử vũ trụ một cách chi tiết nhất chưa từng thấy trước đây. Đồng tác giả Dieter Hartmann - giáo sư vật lý và thiên văn gọi nó là một bước đột phá lớn, ông nói:

"Sự hình thành các ngôi sao là một chu kỳ vòng tròn lặp đi lặp lại cũng như tái tuần hoàn năng lượng của vũ trụ và vật chất. Nó như một động cơ của vũ trụ, nếu không có sự tiến hóa của các ngôi sao, chúng ta sẽ không có các nguyên tố cơ bản cần thiết cho sự sống".

Loading...
TIN CŨ HƠN
Đường thay đổi ngày quốc tế

Đường thay đổi ngày quốc tế

Trái đất tự quay từ Tây sang Đông, sáng, trưa, chiều, tối lần lượt xuất hiện ở các nước trên thế giới một cách tuần hoàn. Vậy một ngày mới trên Trái đất nên bắt đầu từ đâu và kết thúc ở đâu? Để tránh sự hỗn loạn về ngày tháng, Hội ng

Đăng ngày: 31/03/2025
Bản đồ trái đất và các hành tinh

Bản đồ trái đất và các hành tinh

Nếu bạn là người bắt đầu yêu thích môn thiên văn học thì việc nhận dạng vị trí, tên gọi, thông tin về các hành tinh trong vũ trụ không phải là điều dễ dàng.  Với Home Planet, bạn có thể dễ dàng biết được tất cả các th&ocirc

Đăng ngày: 30/03/2025
Đặt tên cho các ngôi sao, cần cả một chiến dịch toàn cầu

Đặt tên cho các ngôi sao, cần cả một chiến dịch toàn cầu

Tên đăng ký phải sử dụng từ 4 đến 16 ký tự La tinh và chưa từng được đặt cho bất cứ thiên thể nào khác.

Đăng ngày: 29/03/2025
Những điều bạn chưa biết về Tinh vân

Những điều bạn chưa biết về Tinh vân

Tinh vân là một thiên thể ở dạng mây mù gồm khí sao và bụi vũ trụ. Tỷ trọng vật chất trong tinh vân rất thấp. Nếu đo bằng tiêu chuẩn trên Trái đất, có nơi hầu như là chân không. Nhưng thể tích tinh vân lại cực kỳ to lớn, cũng phải đế

Đăng ngày: 28/03/2025
10 câu đố vui về vũ trụ

10 câu đố vui về vũ trụ

Khoa học ngày nay tiến nhanh đến mức đôi khi bạn khó lòng nhận ra đâu là sự thực, đâu là giả tưởng. 10 tuyên bố sau đây bấp bênh giữa hai trạng thái này. Với mỗi câu, bạn hãy phân biệt thực tế - viễn tưởng, và tì

Đăng ngày: 25/03/2025
Tìm hiểu về hiện tượng Nhật thực và Nguyệt thực

Tìm hiểu về hiện tượng Nhật thực và Nguyệt thực

Trong bài viết dưới đây, chúng ta cùng tìm hiểu xem hiện tượng Nhật Thực, Nguyệt Thực là gì? Tại sao nó lại được những người yêu thích thiên văn học quan tâm đến vậy.

Đăng ngày: 22/03/2025
Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời là bao nhiêu?

Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời là bao nhiêu?

Trái Đất và các hành tinh hàng xóm, cùng các tiểu hành tinh, hành tinh lùn, thiên thạch, sao chổi... thuộc hệ Mặt Trời (Thái Dương hệ) với Mặt Trời là trung tâm của hệ này.

Đăng ngày: 22/03/2025
Tiêu điểm
Khoa Học News