Khát khao hiểu biết nhiều hơn về sự ra đời của vũ trụ, European Space Agency (ESA - Tổ chức không gian châu Âu) đã phóng một vệ tinh vào tháng 5/2009 trong nỗ lực hoàn tất việc quét bầu trời đêm đầy tham vọng và chi tiết nhất từng được thực hiện.

Mục tiêu là mẫu hình đáng quan tâm của những dập dờn trong bức xạ nhiệt còn sót lại từ Big Bang. Đã du hành xuyên vũ trụ giãn nở trong 13,8 tỷ năm, nhiệt từ khởi sinh vũ trụ đến được chúng ta hôm nay là khá lạnh: 2,725 K, hay khoảng -270 độ C. Ở nhiệt độ này bức xạ chủ yếu nằm trong vùng vi sóng của phổ điện từ, nên bức xạ nhiệt tàn dư được gọi là bức xạ nền vi sóng vũ trụ, hay gọi tắt là bức xạ CMB (Cosmic Microwave Background Radiation).

Các nỗ lực của ESA nhằm thu nhận nhiệt cổ xưa cuối cùng đã thành công rực rỡ vào năm 2013 khi một hình ảnh lốm đốm gợi tò mò, giống như một bức tranh vẽ bằng các chấm nhỏ, đã làm đẹp các trang đầu của báo chí thế giới.

Bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) không chỉ là một bề mặt phát ra từ một điểm, mà là một lớp bức xạ tồn tại khắp mọi nơi cùng một lúc. Mỗi năm trôi qua, CMB lại nguội đi khoảng 0,2 nanokelvin. Nguồn ảnh: NASA.

Các quan sát chi tiết như thế về bức xạ CMB cho một hình ảnh khái quát về vũ trụ khi mới chỉ 380.000 năm tuổi kể từ Big Bang, khi nó đã lạnh xuống tới vài ngàn độ. Độ lạnh này là đủ để giải phóng bức xạ nguyên thủy, mà nó đã du hành không bị cản trở xuyên qua vũ trụ từ ngày ấy.

Bản đồ bầu trời CMB khẳng định rằng nhiệt Big Bang sót lại được phân bố gần như đồng đều khắp không gian, cho dù không thật hoàn hảo. Thực vậy, các đốm trên hình biểu thị các biến thiên nhiệt độ yếu ớt, những lên xuống nhỏ xíu của không quá một phần trăm ngàn độ.

Các biến thiên yếu ớt này, dù nhỏ, là rất quan trọng, bởi chúng chỉ ra dấu vết của những mầm mống quanh đó, mà cuối cùng các thiên hà hình thành. Nếu Big Bang nóng từng đồng đều một cách hoàn hảo ở mọi nơi, thì ngày nay hẳn không có các thiên hà.

Ảnh chụp bức xạ nền vi sóng vũ trụ năm 2003. Nguồn ảnh: NASA.

Bức ảnh chụp nhanh CMB cổ đại đánh dấu chân trời vũ trụ của chúng ta: chúng ta không thể nhìn lại quá khứ xa hơn nữa. Tuy nhiên, từ lý thuyết vũ trụ chúng ta có thể thu thập được điều gì đó về các quá trình xảy ra trong những kỷ nguyên sớm hơn.

Giống hệt như từ hóa thạch các nhà cổ sinh học biết được sự sống trên Trái đất đã từng như thế nào, bằng cách giải mã các hình mẫu được mã hóa trong những gợn nhấp nhô cổ đại này, các nhà vũ trụ học có thể kết nối lại với nhau những gì có thể đã xảy ra trước khi bản đồ nhiệt sót lại được in dấu trên bầu trời.

Điều này biến CMB thành Tảng đá Rosetta vũ trụ học, cho ta khả năng truy vết quá trình lịch sử vũ trụ thậm chí xa hơn về quá khứ, có lẽ xa tới thời điểm khi tuổi vũ trụ mới chỉ là một phần của một giây.

Và, điều mà chúng ta học hỏi được rất lý thú. Như sẽ thấy ở chương 4, biến thiên nhiệt độ của bức xạ CMB chỉ ra rằng vũ trụ thoạt đầu giãn nở nhanh, rồi chậm lại, và, gần đây hơn (khoảng năm tỷ năm trước) lại bắt đầu tăng tốc. Sự chậm lại dường như là một ngoại lệ hơn là quy luật trên các phạm vi thời gian sâu và không gian sâu.

Đây là một trong các tính chất thân thiện sinh học dường như tình cờ của vũ trụ, vì chỉ trong vũ trụ giãn nở chậm lại vật chất mới gom lại và tụ đám để tạo thành các thiên hà. Nếu vũ trụ không có khoảng thời gian dài gần như dừng giãn nở trong quá khứ, thì cũng không có các thiên hà, không có các ngôi sao, và như vậy cũng không có sự sống.