Đây là bí ẩn lớn nhất trong vũ trụ

Hoa Hướng Dương |

Gọi là vật chất tối, thành phần kì lạ này không phát ra ánh sáng hay năng lượng. Vậy tại sao các nhà khoa học nghĩ rằng nó chiếm ưu thế trong vũ trụ?

Vật chất tối là gì?

Mặc dù chúng ta đã tìm ra những hạt vật chất nhỏ hơn cả electron nhưng vũ trụ vẫn ẩn chứa những điều nằm ngoài những gì khoa học ngày nay có thể chạm tới, một trong số đó chính là vật chất tối.
Mặc dù chúng ta đã tìm ra những hạt vật chất nhỏ hơn cả electron nhưng vũ trụ vẫn ẩn chứa những điều nằm ngoài những gì khoa học ngày nay có thể chạm tới, một trong số đó chính là vật chất tối.

Giới khoa học nhận định, vật chất tối chiếm 26,8% tổng năng lượng - khối lượng kết hợp của vũ trụ, trong khi vật chất thông thường chỉ chiếm 4,9%. Xét riêng khối lượng, vật chất tối được cho là chiếm tới 84,5% vũ trụ.

Như vậy ngoài những "vật chất thường" ít ỏi mà chúng ta đã biết, có một tấm màn bí ẩn đã giấu đi phần còn lại đa số của vũ trụ này.

Chúng tương tác rất yếu với "vật chất thường" nên rất khó nhận ra và không tuân theo quy luật vật lý thông thường do đó rất khó nghiên cứu.

Những ứng cử viên tạo nên vật chất tối

Đa số các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối cấu tạo gồm vật chất phi baryon tính. Ứng cử viên hàng đầu, WIMP (hạt nặng tương tác yếu), có khối lượng gấp 10 đến 100 lần proton.

Nhưng tương tác yếu của chúng với vật chất “bình thường” khiến chúng khó được phát hiện.

Neutralino, những hạt khối lượng lớn trên giả thuyết nặng hơn và chậm hơn các neutrino, là ứng cử viên sáng giá, mặc dù chúng chưa được phát hiện ra.

Axion trung hòa nhỏ hơn và photino không tích điện cũng là ứng cử viên giữ chỗ cho vật chất tối.

Nếu các nhà khoa học không thể nhìn thấy vật chất tối, vậy làm sao họ biết nó có tồn tại?


Hình minh họa

Hình minh họa

Đối với các nhà thiên văn học, vật chất tối để lộ dấu vết của chúng thông qua cách lực hấp dẫn của chúng tác động đến các ngôi sao và thiên hà, giúp họ kết nối chúng với nhau và xác lập cấu trúc của vũ trụ.

Dấu vết của vật chất tối cũng có thể nhìn thấy được trong nền vi sóng vũ trụ (CMB), những gì còn sót lại sau vụ nổ Big Bang.

Các nhà khoa học đã nhận ra một số hiện tượng mà hợp với sự tồn tại của vật chất tối, bao gồm tốc độ quay của các thiên hà và tốc độ quỹ đạo của những thiên hà trong cụm.

Thấu kính hấp dẫn các thiên thể phía sau bởi những cụm thiên hà như là Bullet Cluster; và kiểu phân phối nhiệt độ của khí nóng ở các thiên hà và cụm thiên hà.


Hình minh họa

Hình minh họa

Albert Einstein đã nêu rằng, những vật thể khối lượng lớn trong vũ trụ làm bẻ cong và bóp méo ánh sáng, cho phép sử dụng chúng như thấu kính.

Bằng cách nghiên cứu ánh sáng bị biến dạng như thế nào bởi các đám thiên hà, các nhà thiên văn đã có thể lập bản đồ của vật chất tối trong vũ trụ.

Tất cả những phương pháp này cung cấp một xác nhận mạnh mẽ rằng đa phần vật chất trong vũ trụ là cái cho đến nay chưa được nhìn thấy.

Mặc dù vật chất tối chiếm phần lớn vật chất của vũ trụ, nhưng nó chỉ chiếm khoảng một phần tư thành phần vũ trụ. Vũ trụ bị thống lĩnh bởi năng lượng tối.

Sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang), vũ trụ bắt đầu giãn ra. Các nhà khoa học từng nghĩ rằng cuối cùng nó sẽ cạn kiệt năng lượng, làm giảm dần lực hấp dẫn hút các vật thể bên trong nó lại với nhau.
Sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang), vũ trụ bắt đầu giãn ra. Các nhà khoa học từng nghĩ rằng cuối cùng nó sẽ cạn kiệt năng lượng, làm giảm dần lực hấp dẫn hút các vật thể bên trong nó lại với nhau.

Nhưng các nghiên cứu sao siêu mới ở xa cho biết vũ trụ ngày nay đang giãn ra nhanh hơn trước đây, chứ không chậm hơn, cho thấy sự giãn nở là đang tăng tốc.

Điều này sẽ chỉ xảy ra nếu như vũ trụ có chứa đủ năng lượng để khống chế lực hấp dẫn – và đó là năng lượng tối.

Vụ va chạm giữa 2 thiên hà cách đây 100 triệu năm.

Hơn 70 năm nay, các nhà vũ trụ học nhất trí rằng lí thuyết về lực hấp dẫn chỉ giải thích được các hiện tượng quan sát trong phạm vi Hệ Mặt trời của chúng ta mà thôi.
Hơn 70 năm nay, các nhà vũ trụ học nhất trí rằng lí thuyết về lực hấp dẫn chỉ giải thích được các hiện tượng quan sát trong phạm vi Hệ Mặt trời của chúng ta mà thôi.

Lấy ví dụ trong 1 dải Ngân Hà, nếu thuyết hấp dẫn đúng thì các thiên thể nằm phía ngoài phải tự quay với tốc độ chậm hơn các thiên thể nằm ở trung tâm dải Ngân Hà, nhưng thực tế thì không.

Giải thích vấn đề này, các nhà khoa học đã đưa ra 2 giả thuyết. Giả thuyết thứ nhất về sự tồn tại của một loại vật chất vô hình gọi là “vật chất đen”, có thể giải thích được 90% các hiện tượng về trọng lượng và lực hút trong vũ trụ.

Giả thuyết thứ hai phủ nhận sự tồn tại của “vật chất đen” và cho rằng đơn giản ta chỉ cần chỉnh sửa lại nguyên lí về lực hấp dẫn mà thôi.
Giả thuyết thứ hai phủ nhận sự tồn tại của “vật chất đen” và cho rằng đơn giản ta chỉ cần chỉnh sửa lại nguyên lí về lực hấp dẫn mà thôi.

Để tìm kiếm vật chất đen, Douglas Clowe và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Arizona, Mỹ, đã vào cuộc.

Với kính thiên văn, trạm quan sát, họ tái dựng lại mô hình một vụ va chạm lớn bất thường giữa 2 thiên hà cách đây 100 triệu năm.

Hiện nguyên hình trong vụ va chạm


Hình minh họa

Hình minh họa

Khi các thiên hà chu du trong vũ trụ, vật chất thường và vật chất đen bị lực hấp dẫn hút vào nhau khiến ta không thể nhận ra vật chất đen một cách riêng rẽ. Tuy nhiên khi xảy ra va chạm, vật chất thường và vật chất đen phản ứng khác hẳn nhau.

Nếu như vật chất thường (trong trường hợp này là các khí nóng) từ 2 thiên hà theo quán tính sẽ lao thẳng vào nhau và đẩy 2 thiên hà bật ngược trở lại, thì vật chất đen của 2 bên xuyên thẳng qua nhau và đi tiếp.

"Vật chất đen không chịu những trở lực thông thường," Clowe cho biết. “Nếu vật chất đen không tồn tại, toàn bộ trọng lượng 2 thiên hà sẽ tập trung vào vị trí va chạm của 2 đám khí nóng.

Nhưng thực tế thì chúng lướt qua và đi mất chứ không phải tập trung vào 2 đám khí…. Chỉ có giả thuyết “vật chất đen” mới giải thích được hiện tượng tách rời trọng lượng này.” Clowe công bố trên chuyên san Vật lí học thiên văn.

“Thật là một cách đơn giản và hiển nhiên để chứng tỏ vật chất đen tồn tại”, Maxim Markevich đồng sự của Clowe phát biểu. “Nó chấm dứt mọi nghi ngờ của giới khoa học về vấn đề này bấy lâu nay”.
“Thật là một cách đơn giản và hiển nhiên để chứng tỏ vật chất đen tồn tại”, Maxim Markevich đồng sự của Clowe phát biểu. “Nó chấm dứt mọi nghi ngờ của giới khoa học về vấn đề này bấy lâu nay”.

Theo nhà vũ trụ học Michael Turner, Đại học Chicago, “phát hiện này đã mở ra tầm nhìn mới sâu sắc về những tương tác vĩ mô trong vũ trụ”. Tuy nhiên giới đối lập cho biết họ sẽ có luận điểm phản bác trong thời gian tới.

Lỗ đen + vật chất tối = ánh sáng

Hai trong những thứ tối tăm nhất trong vũ trụ có thể đang sản sinh ra ánh sáng – đó là bằng chứng khả dĩ cho vật chất tối vốn hay lảng tránh con người.
Hai trong những thứ tối tăm nhất trong vũ trụ có thể đang sản sinh ra ánh sáng – đó là bằng chứng khả dĩ cho vật chất tối vốn hay lảng tránh con người.

Các dòng hạt bị tống ra khỏi các lỗ đen ở gần tốc độ ánh sáng. Giống như là một phát súng vũ trụ, người ta nghĩ chúng có liên hệ với vật chất đang rơi vào trong lỗ đen.

Stefano Profumo thuộc trường đại học California, Santa Cruz, và các đồng nghiệp của ông đã tính toán được những eletron thuộc một trong những dòng vật chất này tương tác như thế nào với vật chất tối xung quanh.

Thành phần của vật chất tối là gì?

Thành phần của vật chất tối chưa hiểu được, nhưng có thể bao gồm những hạt sơ cấp mới nghĩ đến, như là WIMP, axion, vàneutrino thường và nặng.

Các thiên thể như là sao lùn trắng và hành tinh (được gọi chung là MACHO) và đám khí không phát ra ánh sáng.

Bằng chứng hiện hành ủng hộ các mô hình cho rằng thành phần chính của vật chất tối là những hạt sơ cấp chưa gặp, được gọi chung là vật chất tối thiếu baryon. Cũng có thể xếp hố đen vào một dạng vật chất tối
Bằng chứng hiện hành ủng hộ các mô hình cho rằng thành phần chính của vật chất tối là những hạt sơ cấp chưa gặp, được gọi chung là "vật chất tối thiếu baryon". Cũng có thể xếp hố đen vào một dạng vật chất tối

Khi chưa có bằng chứng thuyết phục về sự tồn tại cũng như thành phần của nó, đây vẫn là một màn đêm bí ẩn rộng lớn của vũ trụ mà khoa học cần khám phá. Đồng thời nó cũng là vấn đề đầy thách thức của Vật lý hiện đại cần giải quyết.

*Bài tham khảo các nguồn: khoahoc.tv, vietbao.vn, Thuvienvatly.com

Đọc thêm về:

    Bạn đọc có thể báo tin, gửi bài viết, clip, ảnh về email khampha@ttvn.vn để nhận nhuận bút cao trong vòng 24h. Đường dây nóng: 0943 113 999

    Soha
    Trí Thức Trẻ
      Công ty Cổ phần VCCorp

      © Copyright 2010 - 2021 – Công ty Cổ phần VCCorp

      Tầng 17,19,20,21 Toà nhà Center Building - Hapulico Complex,
      Số 1 Nguyễn Huy Tưởng, Thanh Xuân, Hà Nội.
      Email: btv@soha.vn
      Giấy phép số 2411/GP-TTĐT do Sở Thông tin và Truyền thông Hà Nội cấp ngày 31 tháng 07 năm 2015.
      Chịu trách nhiệm nội dung: Ông Nguyễn Thế Tân

      Liên hệ quảng cáo:
      Hotline: 0942.86.11.33
      Email: giaitrixahoi@admicro.vn
      Hỗ trợ & CSKH:
      Tầng 20, tòa nhà Center Building, Hapulico Complex,
      số 1 Nguyễn Huy Tưởng, phường Thanh Xuân Trung, quận Thanh Xuân, Hà Nội.
      Tel: (84 24) 7307 7979
      Fax: (84 24) 7307 7980

      Chat với tư vấn viên