Trung Quốc xây kính viễn vọng để săn tìm “kho báu” trong vũ trụ: Độ nhạy cao hơn hẳn NASA

Xây dựng đài quan sát không gian để tìm kiếm vật chất tối trong vũ trụ là một dự án rất tham vọng của Trung Quốc.

Theo đó, kính viễn vọng không gian tia gamma khu vực rất lớn (hay còn gọi là VLAST) hiện đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển ban đầu. Tuy nhiên, mục tiêu của các nhà khoa học Trung Quốc đó là đạt độ nhạy gấp 10 lần so với Kính viễn vọng khu vực lớn Fermi của NASA. Đây hiện là kính viễn vọng tia gamma nhạy nhất thế giới hiện nay.

Theo nhóm các nhà nghiên cứu, kính viễn vọng VLAST có thể bay vào quỹ đạo vào cuối thập kỷ này nếu nó sớm được chính phủ Trung Quốc thông qua.

Thực tế tia gamma là dạng ánh sáng có năng lượng cao nhất. Chúng giúp các nhà khoa học quan sát được những thứ như sao neutron quay nhanh và hố đen siêu dày đặc. Loại tia này cũng là bằng chứng gián tiếp về vật chất tối, thứ chiếm phần lớn về lượng vật chất ở trong vũ trụ.

Các nhà thiên văn học tin rằng vật chất tối phải tồn tại để cung cấp lực hấp dẫn cần thiết nhằm giúp liên kết giữa các thiên hà và cụm thiên hà lại với nhau.

Theo giả thuyết, khi các hạt vật chất tối va chạm với nhau, chúng sẽ phân rã hoặc tiêu diệt lẫn nhau. Đồng thời cũng tạo ra tia gamma mà kính viễn vọng có thể phát hiện ra được.

Trong một bài báo phác thảo kế hoạch đăng trên tạp chí Acta Astronomica Sinica, theo các nhà nghiên cứu, để tìm kiếm dấu vết của các hạt vật chất tối, VLAST sẽ tiến hành theo dõi quang phổ của tia gamma giữa 0,3 giga-electron volt và 20 tera-electron volt với độ phân giải năng lượng lớn chưa từng có.

Ngoài ra, VLAST cũng sẽ nhìn sâu vào trung tâm của dải Ngân Hà nhằm kiểm tra hiện tượng dư thừa về bức xạ tia gamma. Điều này có thể hé lộ sự tồn tại của vật chất tối tự triệt tiêu.

Nhóm tác giả của bài báo này gồm các nhà nghiên cứu từ Đài quan sát Purple Mountain ở Nam Kinh, Viện Vật lý Hiện đại ở Lan Châu và ĐH Khoa học và Công nghệ Trung Quốc ở Hợp Phì.

Bên cạnh việc săn tìm vật chất tối, nhóm các nhà khoa học cũng đã có kế hoạch sử dụng VLAST nhằm khám phá về chớp tia gamma, sao nhị phân tia X và đặc biệt là nguồn gốc của tia vũ trụ.

Cụ thể, dựa trên thiết kế sơ bộ, VLAST sẽ gồm có 3 máy dò. Đầu tiên, các máy dò sẽ phân biệt các photon tia gamma với các loại hạt khác truyền tới kính viễn vọng. Sau đó, loại máy này sẽ tiến hành đo chính xác năng lượng và quỹ đạo của photon tia gamma.

Dự kiến các máy dò này sẽ có tổng trọng lượng lên tới 16 tấn, nặng hơn nhiều so với loại kính viễn vọng không gian thông thường.

Theo trưởng nhóm nghiên cứu Fan Yizhong tại Đài quan sát Purple, loại kính viễn vọng này cần được đưa vào quỹ đạo bằng tên lửa Trường Chinh 5.

Nhà nghiên cứu Fan Yizhong và các cộng sự đang phát triển các công nghệ quan trọng cho dự án này, bao gồm từ thiết bị điện tử tới máy dò và nền tảng vệ tinh.

Thế nhưng đây là một thử thách không hề dễ dàng, bởi các chuyên gia nghiên cứu tính toán rằng sẽ cần ít nhất 10 năm để kính viễn vọng có thể sẵn sàng hoạt động, đương nhiên là nếu chính phủ quyết định tài trợ cho dự án.

Hiện nhóm các chuyên gia nghiên cứu đã đệ trình về thiết kế của VLAST lên Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và đang chờ quyết định.

Các nhà khoa học trên thế giới hiện đã và đang tìm kiếm vật chất tối theo 3 cách, bao gồm dò tìm gián tiếp; tạo ra các hạt vật chất tối trong các máy gia tốc hạt như máy gia tốc hạt lớn của Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN); và phát hiện trực tiếp.

Vật chất tối là gì?

Đây có lẽ là câu hỏi mà nhiều người thắc mắc. Vật chất tối rốt cục là gì mà có thể gây tranh cãi trong giới nghiên cứu? Thực tế thì cho đến nay các nhà nghiên cứu vẫn không chắc chắn về vật chất tối chính xác là gì. Ban đầu, một số nhà khoa học phỏng đoán rằng vật chất tối trong vũ trụ được tạo thành từ các ngôi sao đang tắt có kích thước nhỏ và hố đen. Tuy nhiên, theo nhà vật lý học Don Lincoln thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, hiện không có đủ những quan sát trực tiếp cho thấy tác động của hai thứ này lên vật chất tối.

Thực tế giả thuyết được công nhận hàng đầu hiện nay cho rằng vật chất tối là loại hạt có tên gọi là Weakly Interacting Massive Particle (gọi tắt là WIMP). Theo đó, hạt WIMP hoạt động giống như neutron, tuy nhiên lại có khối lượng nặng hơn hạt proton từ 10 đến 100 lần. Thế nhưng giả thuyết này lại chỉ dẫn đến một loạt những câu hỏi khác.

Một số câu hỏi dưới đây là minh chứng.

Chúng ta có thể xác định vật chất tối không?

Nếu vật chất tối được cấu tạo từ hạt WIMP, chúng sẽ ở xung quanh chúng ta, không thể nhìn thấy và hầu như khó có thể xác định. Vậy tại sao bấy lâu nay chúng ta vẫn chưa tìm thấy nó? Mặc dù chúng sẽ không tương tác nhiều với các vật chất khác, nhưng luôn có một số cơ hội nhỏ khi các hạt này di chuyển trong không gian và vật chất tối có thể va vào một loại hạt bình thường chẳng hạn như electron hay proton.

Do đó, các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm này đến thử nghiệm khác nhằm nghiên cứu số lượng lớn của các loại hạt vật chất bình thường nằm sâu dưới lòng đất, nơi chúng được che chắn khỏi bức xạ gây nhiễu, để có thể bắt được khoảnh khắc va chạm của vật chất tối. Thế nhưng sau nhiều thập kỷ tìm kiếm, không một máy dò nào trong số này có thể khám phá ra điều đáng tin cậy.

Có nhiều hơn một loại hạt vật chất tối?

Theo các nhà khoa học, vật chất thông thường được tạo thành từ các hạt quen thuộc như electron và proton, và nhiều loại hạt kỳ lạ hơn như neutrino, pion và muon. Vì vậy, một số nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng, vật chất tối chiếm 85% vật chất ở trong vũ trụ cũng có thể có cấu tạo phức tạp như vậy.

Vật chất tối có các tính chất gì?

Các nhà thiên văn học đã khám phá vật chất tối thông qua tương tác về lực hấp dẫn của nó đối với vật chất thông thường. Kết quả cho thấy đây cũng chính là cách mà vật chất tối biểu hiện sự có mặt của nó ở trong vũ trụ. Nhưng khi càng cố gắng tìm hiểu bản chất thực sự của vật chất tối, các nhà nghiên cứu hầu như lại chẳng có phát hiện đáng chú ý nào. 

Theo một số giả thuyết, những hạt vật chất tối phải là phản hạt của chính chúng. Điều này nghĩa là hai hạt vật chất tối sẽ tiến hành triệt tiêu nhau khi bị va vào nhau.

Bài viết tham khảo nguồn: SCMP, Livescience, Space