Một đội gồm các nhà thiên văn học vừa làm chủ được việc cải thiện phép đo khoảng cách đến thiên hà láng giềng gần gũi nhất của chúng ta và, trong quá trình đó, làm rõ hơn một phép tính thiên văn giúp đo tốc độ giãn nở của vũ trụ.
Hằng số Hubble là một đại lượng cơ bản đo tốc hiện nay vũ trụ của chúng ta đang giãn nở. Nó mang tên của nhà thiên văn học thế kỉ 20 Edwin P. Hubble, người đã khiến thế giới bất ngờ bởi việc phát hiện ra rằng vũ trụ cảu chúng ta đã và đang giãn nở liên tục kể từ khi nó ra đời. Việc xác định hằng số Hubble (một số đo trực tiếp của tốc độ giãn nở liên tục này) là quan trọng để tính tuổi và kích cỡ của vũ trụ của chúng ta. Một trong những sai số lớn nhất có mặt trong những phép đo trước đây của hằng số Hubble liên quan với khoảng cách đến Đám mây Magellan Lớn (LMC), thiên hà láng giềng gần gũi nhất của chúng ta, nó quay xung quanh thiên hà Ngân hà của chúng ta.
Hydrogen trong LMC.A chỉ ở xa 180.000 năm ánh sáng, nhưng LMC nhìn trong bức ảnh ghép từ bốn khung hình chụp thiên văn này cho thấy vệ tinh của Dải Ngân hà có diện mạo của một thiên hà xoắn ốc còn non trẻ. Ảnh: Marco Lorenzi (Star Echoes)
Các nhà thiên văn khảo sát kích cỡ của vũ trụ bằng cách trước tiên đo khoảng cách đến những vật thể ở gần (ví dụ như các sao biến quang Cepheid đã được nghiên cứu bởi Wendy Freedman, giám đốc Đài thiên văn Carnegie, và các cộng sự của bà) và sau đó sử dụng các quan sát của những vật thể này trong những thiên hà ở xa hơn để xác định khoảng cách mỗi lúc một xa hơn trong Vũ trụ. Nhưng chuỗi phép đo này chỉ chính xác ngang với mắc xích yếu nhất của nó. Cho đến nay, việc tính khoảng cách chính xác đến LMC tỏ ra khó nắm bắt. Bởi vì các ngôi sao trong thiên hà này được dùng để cố định cỡ khoảng cách đến những thiên hà ở xa hơn, nên một khoảng cách chính xác là hết sức quan trọng.
“Vì LMC ở gần và có chứa một số lượng đáng kể những vật thể chỉ thị khác nhau sao khác nhau, nên hàng trăm phép đo khoảng cách sử dụng nó đã được ghi nhận trong những năm qua,” Thompson nói. “Thật không may, gần như toàn bộ những phép đo đó đều có sai số hệ thống, với mỗi phương pháp mang sai số riêng của nó.”
Nhóm hợp tác quốc tế đã tính ra khoảng cách đến Đám mây Magellan Lớn là 163.000 năm ánh sáng bằng cách quan sát những cặp sao hiếm ở gần nhau, gọi là cặp sao che khuất. Những cặp này liên kết hấp dẫn với nhau, và sao này quay xung quanh sao kia, khi nhìn từ phía Trái đất, nên độ sáng toàn phần của hệ giảm khi mỗi sao che khuất bạn đồng hành của nó. Bằng cách theo dõi những sự biến thiên độ sáng này rất thận trọng, và đồng thời đo tốc độ quỹ đạo của hai ngôi sao, người ta có thể tính ra hai sao đó có kích cỡ bao nhiêu, khối lượng bao nhiêu, và những thông tin khác về quỹ đạo của chúng. Khi kết hợp những kết quả này với những phép đo thận trọng của độ sáng biểu kiến, thì người ta có thể xác định khoảng cách hết sức chính xác.
Phương pháp này đã được sử dụng trước đây khi thực hiện các phép đo với LMC, nhưng với những ngôi sao nóng. Như vậy, những giả thuyết nhất định phải được nêu ra và các khoảng cách đo không chính xác như người ta mong muốn. Nghiên cứu mới này, dưới sự chỉ đạo của Grzegorz Pietrzynski thuộc trường Đại học de Concepcionn ở Chile và Đài thiên văn trường Đại học Warsaw ở Ba Lan, sử dụng 16 năm quan sát để nhận ra một mẫu gồm những sao đôi khối lượng trung bình có chu kì quỹ đạo cực kì dài, hoàn hảo cho việc đo các khoảng cách chính xác.
Đội nghiên cứu đã quan sát tám trong những hệ sao đôi này trong hơn tám năm, thu thập số liệu tại Đài thiên văn Las Campanas và Đài thiên văn Nam châu Âu. Khoảng cách đến LMC được tính bằng tám sao đôi này hoàn toàn mang tính kinh nghiệm, không dựa trên sự mô phỏng hay dự đoán lí thuyết nào. Đội nghiên cứu đã hiệu chỉnh sai số khoảng cách đến LMC xuống còn 2,2%. Số đo mới này có thể dùng để giảm sai số trong các phép đo hằng số Hubble xuống còn 3%, với triển vọng cải thiện sai số này lên mức 2% trong vài ba năm tới khi mẫu nghiên cứu gồm các sao đôi được tăng thêm.
