Gần 80% khối lượng của vũ trụ được tạo thành từ các vật chất mà các nhà khoa học không thể quan sát một cách trực tiếp. Các nhà khoa học gọi chúng là vật chất tối, thành phần kì dị này không phát ra ánh sáng hay năng lượng. Vậy tại sao các nhà khoa học nghĩ rằng nó chiếm ưu thế (80%) trong vũ trụ?

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình ảnh tổng hợp từ kính thiên văn Hubble chỉ ra “một chiếc nhẫn ma quái” của vật chất tối trong cụm thiên hà CI 0024+17.
Credit: NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford (Johns Hopkins University)

Các nghiên cứu về các thiên hà khác trong những năm 1950 đã chỉ ra rằng vũ trụ chứa nhiều vật chất hơn là những gì chúng ta nhìn thấy bằng mắt thường. Có những khả năng vững chắc đã được đưa ra trong những năm gần đây để hỗ trợ cho giả thuyết về vật chất tối, mặc dù vẫn chưa phát hiện được bằng chứng trực tiếp nào về chúng.

Những vật chất quen thuộc của vũ trụ, gọi là vật chất baryon, được cấu thành từ các hạt proton, neutron và electron. Vật chất tối có thể được tạo thành từ vật chất baryon hoặc non-baryon. Để giữ các thành phần của vũ trụ lại với nhau, vật chất tối phải chiếm 80% vật chất trong vũ trụ.

Vật chất còn thiếu có thể đơn giản là tạo thành từ vật chất baryon thông thường, nhưng quá khó để phát hiện. Các ứng viên tiềm năng bao gồm các sao lùn nâu mờ, sao lùn trắng và các sao neutrino. Lỗ đen siêu khổng lồ có thể cũng là một phần của sự khác biệt. Nhưng những vật thể khó định vị này có thể sẽ đóng vai trò nổi trội hơn những gì các nhà khoa học đã quan sát để tạo nên khối lượng bị thiếu, trong khi các yếu tố khác gợi ý rằng vật chất tối là rất độc hại.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

  [Ảnh minh họa: Vật chất tối trong vũ trụ]

Hầu hết các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối được tạo nên từ vật chất non-baryon. Các ứng cử viên tiêu biểu như WIMPS (hạt nặng tương tác yếu) có khối lượng gấp mười đến một trăm lần một proton, nhưng sự tương tác yếu của chúng với các vật chất “thông thường” khiến cho chúng trở nên khó bị phát hiện. Neutralino, một loại hạt giả định khổng lồ, nặng hơn và chậm hơn neutrino, cũng là những ứng viên hàng đầu, mặc dù chúng vẫn chưa được phát hiện. Các hạt axion trung tính nhỏ hơn và các hạt photino không mang điện cũng là những giả thiết tiềm năng cho vật chất tối.

Một khả năng tồn tại thứ ba – đó là định luật hấp dẫn đã miêu tả thành công sự chuyển động của các vật thể trong Hệ Mặt Trời, cần được xem xét lại.

Chứng minh những thứ vô hình

Nếu các nhà khoa học không thể nhìn thấy vật chất tối, vậy làm thế nào họ biết rằng chúng tồn tại?

Các nhà khoa học tính toán khối lượng của các vật thể khổng lồ trong không gian thông qua việc nghiên cứu sự chuyển động của chúng. Các nhà thiên văn khảo sát các thiên hà xoắn ốc trong những năm 1950 với kỳ vọng có thể thấy vật chất ở phần trung tâm chuyển động nhanh hơn ở phía rìa thiên hà. Tuy nhiên, họ lại phát hiện các ngôi sao ở hai vị trí trên chuyển động với cùng một vận tốc, điều đó chứng minh rằng các thiên hà chứa nhiều khối lượng hơn những gì có thể nhìn thấy. Các nghiên cứu về khí trong các thiên hà elip cũng chỉ ra rằng cần nhiều khối lượng hơn những gì được tìm thấy trong các vật thể có thể nhìn thấy được. Các cụm thiên hà sẽ tan thành từng mảnh nếu chúng chỉ có khối lượng có thể đo được với những phép đo thông thường.

Albert Einstein đã chỉ ra rằng khối lượng của các vật thể trong vũ trụ bẻ cong và làm biến dạng ánh sáng, cho phép chúng được sử dụng giống như các thấu kính. Bằng việc nghiên cứu cách ánh sáng bị biến dạng bởi các cụm thiên hà, các nhà thiên văn học đã tạo ra một bản đồ của vật chất tối trong vũ trụ.

Tất cả các phương pháp đó đã cung cấp một bằng chứng thuyết phục rằng phần lớn các vật chất trong vũ trụ là thứ gì đó mà chúng ta chưa thể nhìn thấy. 

Vật chất tối và năng lượng tối

Mặc dù vật chất tối chiếm hầu hết lượng vật chất trong vũ trụ, nhưng nó chỉ chiếm khoảng một phần tư các thành phần của vũ trụ. Chiếm phần lớn vũ trụ là năng lượng tối.

Sau Vụ Nổ Lớn, vũ trụ bắt đầu dãn nở dần ra. Các nhà khoa học đã nghĩ rằng cuối cùng vũ trụ sẽ hết năng lượng, chuyển động chậm dần khi lực hấp dẫn kéo các vật thể bên trong nó lại với nhau. Tuy nhiên, các nghiên cứu về các siêu tân tinh ở rất xa đã chỉ ra rằng vũ trụ đang giãn nở nhanh hơn so với tốc độ giãn nở trong quá khứ, chứ không phải là chậm hơn, có nghĩa là sự giãn nở của vũ trụ đang được tăng tốc. Điều này chỉ có thể nếu như vũ trụ chứa đủ năng lượng để chiến thắng được lực hấp dẫn - và đó là thứ được gọi là năng lượng tối.

Source: space.com

Author: Lan Anh DINH
Nghiên cứu sinh ngành Viễn thám, Đài thiên văn Paris.


Bài viết xem nhiều