| Là một phần trong loạt bài về |
| Vũ trụ học vật lý |
|---|
Vũ trụ sơ khai |
Vũ trụ học quan sát là một lĩnh vực nghiên cứu về cấu trúc,tiến hóa và nguồn gốc củavũ trụ thông quaquan sát, sử dụng các thiết bị như làkính thiên văn vàtia vũ trụ.
Là một môn khoa học củavật lý học vũ trụ, vũ trụ học quan sát, được biết đến như ngày hôm nay, có những chủ đề về vật chất được xác định trong những năm đi theotranh luận Shapley–Curtis, lúc đó đã xác định vũ trụ có một khoảng lớn hơn so vớiNgân Hà. Điều đó được kết luận bằng những quan sát xác định kích thước và động lực của vũ trụ rồi những quan sát này lại được giải thích bằnglý thuyết tương đối tổng quát củaAlbert Einstein. Vào những thời điểm ban đầu của mình, vũ trụ học là một môn nghiên cứu quan sát dựa trên số lượng rất giới hạn của các quan sát và được đặc tính hóa bởi một cuộc tranh luận giữa những nhà lý thuyếttrạng thái ổn định và những nhà khoa học đi theothuyết Big Bang. Điều đó không chấm dứt cho đếnthập niên 1990 và sau đó khi các quan sát thiên văn đã hạn chế những lý thuyết gây tranh cãi và đưa khoa học đến "Thời đại Hoàng kim của Vũ trụ học", điều được báo trước bởiDavid Schramm tại một cuộc hội đàm củaNational Academy of Sciences vào năm1992.[1]
Những thước đo khoảng cách trong thiên văn học đã có quá trình lịch sử của minh và tiếp tục thay đổi bởi tính không chắc chắn của sự đo lường có thể được xét tới. Cụ thể, khi cácthị sai sao có thể được sử dụng để đo khoảng cách những ngôi sao ở gần, giới hạn về quan sát đã bị áp đặt bởi khó khăn trong đo đạc những thị sai cỡ nhỏ có liên hệ với các thiên thể ở ngoàiNgân Hà. Điều đó có nghĩa là các nhà thiên văn phải quan tâm đến các phương pháp thay thế để đo khoảng cách giữa các vì sao. Đến lúc này,thang khoảng cách vũ trụ dành chobiến quang Cepheid đã được khám phá bởiHenrietta Swan Leavitt trong năm1908. Thang đo này đã cung cấp choEdwin Hubble công cụ để có thể xác định khoảng cách của cácthiên hà xoắn ốc. Hubble đã sử dụngkính viễn vọng Hooker 100inch tạiĐài quan sát Núi Wilson để xác định những ngôi sao riêng biệt trong cácthiên hà, và xác định khoảng cách tới các thiên hà bằng các biến quang Cepheid riêng biệt. Lần quan sát này đã chứng thực các thiên hà xoắn ốc như là những vật thể nằm ngoài Ngân Hà. Đồng thời, quan sát này xác định khoảng cách đến "vũ trụ đảo", đặt chúng vào phương tiện truyền thống phổ biến, thiết lập tỉ lệ của vũ trụ, và kết thúc cuộc tranh luận Shapley - Curtis ngay lập tức và cho tất cả.[2]
Trong năm1927, bằng việc kết hợp một số công cụ đo khác nhau, bao gồm các công cụ đo về khoảng cách của Hubble cũng như sự xác định củaVesto Slipher vềdịch chuyển đỏ cho những vật thể này,Georges Lemaître là người đầu tiên ước tính mộthằng số tỷ lệ giữa khoảng cách giữa các thiên hà, điều đó đã định nghĩa nên "vận tốc chuyên nghiệp", khoảng 600 km/s/Mpc.[3][4][5][6][7][8] Ông chỉ ra rằng đó là kỳ vọng về mặt lý thuyết trong một mô hình vũ trụ dựa trênsự tương đối tổng quát.[3] Hai năm sau đó, Hubble đã chỉ ra rằng mối quan hệ giữa khoảng cách và vận tốc là một sự tương quan thuận chiều và có độ lớn là 500 km/s/Mpc.[9] Sự tương quan này được biết đến là định luật Hubble, nó phục vụ cho các quan sát sau này chosự giãn nở của vũ trụ, lý thuyết mà vũ trụ học dựa trên đó. Việc công bố các quan sát của Hubble, Slipher và Wirtz và những người cộng sự và sự chấp nhận bởi các nhà lý thuyết đã được xét là sự khởi đầu thời kỳ hiện đại của vũ trụ học.[10]
Việc xác địnhsự phong phú của các yếu tố hóa học trong vũ trụ có một quá trình lịch sử bắt đầu từ những lần đoquang phổ củaánh sáng của các vật thể vũ trụ và sự xác định cácvạch quang phổ tương ứng với các quá trình chuyển điện tử cụ thể trong cácnguyên tố hóa học được xác định trênTrái Đất. Ví dụ,nguyên tốHelium được xác định dựa vào quang phổ của Mặt Trời trước khi nó được xác định một cách độc lập trên Trái Đất.[11][12]
Sự phong phú tương đối có thể tính toán đạt được thông qua những quan sát quang phổ tương ứng để so sánh các yếu tố của cácthiên thạch.
Bức xạ phóng vi sóng vũ trụ được tiên đoán vào năm1948 bởiGeorge Gamow vàRalph Alpher, và cũng bởi Alpher vàRobert Herman nhờ dựa vào mô hình Big Bang. Đi xa hơn, Alpher và Herman có thể đã ước tínhnhiệt độ của vũ trụ,[13] nhưng kết quả của họ không được đem ra thảo luận một cách rộng rãi. Sự tiên đoán của họ đã được khám phá bởiRobert Dicke vàYakov Zel'dovich vào đầuthập niên 1960. Sau đó, sự khám phá này là sự công nhận được công bố lần đầu tiên bởibức xạ CMB như là một hiện tượng có thể phát hiện xuất hiện trong một tài liệu ngắn củanhà vật lý thiên vănngười Liên XôA. G. Doroshkevich vàIgor Novikov vàomùa xuân năm1964.[14] Cũng trong năm 1964,David Todd Wilkinson vàPeter Roll, những đồng nghiệp của Dicke tạiĐại học Princeton bắt đầu xây dựng một máy đo phóng xạ để đo bức xạ phóng vi sóng vũ trụ.[15] Trong năm1965,Arno Penzias vàRobert Woodrow Wilson tạiCrawford Hill tạiPhòng thí nghiệm Bell đã xây dựng một thước đo phóng xạ Dicke, họ dự định sử dụng nó chothiên văn phóng xạ và các thử nghiệm giao tiếp vệ tinh. Công cụ này có mộtnhiệt kế ăng-ten 3.5K vượt quá mức mà họ không thể nào giải thích được. Sau khi nhận được cuộc điện thoại từ Crawford Hill, Dicke đã có một tuyên bố nổi tiếng: "Các bạn, chúng ta cần có sự tin cậy lẫn nhau".[16] Một cuộc gặp giữa hai nhóm của Princeton và Crawford Hill đã xác định rằng sự thừa nhiệt đó chính là bức xạ phóng vi sóng. Cả Wilson và Penzias đều nhận đượcGiải Nobel Vật lý vào năm1978 cho phát hiện của họ.
{{Chú thích tạp chí}}: Quản lý CS1: DOI truy cập mở nhưng không được đánh ký hiệu (liên kết)