Logo Thư Viện Vật Lý
Banner Thư Viện Vật Lý

Sau lùn trắng ấm có thể tiết lộ vật chất tối “phi đàn hồi”
Người đăng: Lý Văn Liều   
22/02/2010

Những quan sát trực tiếp của vật chất tối – chất liệu được cho là chiếm tới 80% vật chất trong vũ trụ - hết sức không đầy đủ. Một số thí nghiệm đã tìm thấy cái có vể như dấu hiệu vật chất tối, trong khi những thí nghiệm khác thì tìm kiếm bên trong ngưỡng thông số giống như vậy lại chẳng tìm thấy gì. Nhưng có một ứng viên giả thuyết cho vật chất tối, gọi là vật chất tối “phi đàn hồi”, có thể hòa giải những kết quả này – và hiện nay, hai đội nhà vật lí vừa đề xuất những phương thức mới kiểm tra xem nó có tồn tại hay không.


Ảnh ghép của một sao lùn trắng trong chòm sao Aquarius (Bão bình) do Kính thiên văn vũ trụ Hubble và Spitzer chup. Liệu có phải vật chất tối phi đàn hồi đang sưởi ấm cho những ngôi sao lùn trắng hay không? (Ảnh: NASA)

Câu chuyện vật chất tối phi đàn hồi bắt đầu tại nơi sâu hơn một kilo mét bên dưới dãy núi Gran Sasso ở Italy, ngôi nhà của thí nghiệm DAMA dưới lòng đất. Tại đây, rất nhiều máy dò hạt sẵn sàng phát hiện lóe sáng mà người ta tin là sẽ sinh ra khi một hạt vật chất tối chạm trúng một hạt nhân bên trong thí nghiệm. Mặc dù những va chạm như thế rất hiếm, nhưng trên lí thuyết sẽ có nhiều lóe sáng như thế hơn vào mùa hè, khi Trái đất đang quay ngược lại với hướng “gió” vật chất tối thổi bùng trong thiên hà của chúng ta.

Đội nghiên cứu DAMA đã khẳng định dấu hiệu đầu tiên như thế vào năm 2000, và hơn một thập kỉ qua đã dần tăng thêm độ chính xác của nó. Trong phân tích gần đây nhất của mình (arXiv:1002.1028), các nhà nghiên cứu khẳng định bằng chứng cho các hạt vật chất tối với ý nghĩa thống kê 8,9 sigma – hay nói cách khác, chính xác cỡ như người ta có thể hi vọng.

Không có dấu hiệu nào phù hợp

Tuy nhiên, những kết quả này không thuyết phục được nhiều nhà vật lí. Một phần vấn đề là có khả năng có một số yếu tố khác biến đổi theo mùa, do đó giả mạo dấu hiệu vật chất tối mà bấy nay người ta tìm kiếm. Nhưng rắc rối hơn cả là một vài thí nghiệm khác dò tìm vật chất tối – CDMS ở Mĩ hay ZEPLIN ở Anh, chẳng hạn – lại chẳng tìm thấy dấu hiệu nào phù hợp, cho dù là sử dụng nhiều máy dò hạt khác nhau.

Để xử lí vật chất này, một số nhà vật lí đã đề xuất những loại vật chất tối khác chỉ tương tác với máy dò hạt của DAMA. Một trong số này, vật chất tối phi đàn hồi, được nêu ra vào năm 2001 bởi David Smith tại trường Đại học California ở Berkeley và Neal Weiner tại trường Đại học Washington. Không giống như vật chất tối “đàn hồi” thông thường, vật chất tối phi đàn hồi sẽ trở nên nặng hơn khi nó va chạm với một hạt nhân nguyên tử có khối lượng đủ nặng. Cho nên, vì sodium iodide có hạt nhân nặng nhất, nên chỉ DAMA mới có thể cấp bước nhảy khối lượng cho vật chất tối phi đàn hồi để cho phép nó tán xạ và tạo ra những dấu hiệu mách lẻo của thể dò ra bằng máy dò hạt.

Nay hai nhóm nghiên cứu độc lập nhau đã thử tìm những phương thức đi tìm bằng chứng cho vật chất tối phi đàn hồi ở đâu đó xa bên ngoài phòng thí nghiệm – đó là những sao lùn trắng già nua. Sao lùn trắng là dạng lu mờ, rắn đặc mà đa số những ngôi sao tiến hóa thành trong những năm tháng cuối đời của chúng, và khi càng già thì chúng càng nguội. Những ngôi sao già nhất và nguội nhất có xu hướng cư trú trong vùng lõi của các thiên hà, hay trong những vùng có mật độ vật chất tối cao.

Những sao lùn trắng đang ấm lên

Hai nhóm trên – một nhóm gồm Dan Hooper và các đồng sự tại Fermilab ở Mĩ; và nhóm kia là Matthew McCullough tại trường Đại học Oxford và Malcolm Fairbairn tại trường King's College London ở Anh – đã tính được làm thế nào vật chất tối tương tác với hạt nhân nguyên tử của một ngôi sao lùn trắng già nua khi nó tăng tốc hướng vào trong bởi lực hút hấp dẫn rất lớn của ngôi sao. Theo những tính toán của họ, vật chất tối phi đàn hồi sẽ tương tác mạnh hơn nhiều so với vật chất tối đàn hồi, nghĩa là rất nhiều trong số chúng sẽ bị ngôi sao hấp thụ. Và khối lượng tăng thêm này hóa ra có nghĩa là nhiệt độ của ngôi sao được giữ cao hơn một chút, ở khoảng 7000 K so với 3000 K.

“Nếu bạn nhìn vào [một vùng vật chất tối đậm đặc] và, thay vì thấy những ngôi sao lùn trắng rất lạnh, bạn lại thấy những ngôi sao lùn trắng đâu đó trên dưới, nói thí dụ, sáu hay bảng nghìn Kelvin, thì bạn có thể nói, huh, có lẽ những ngôi sao lùn trắng này đang nguội đi nhưng chúng đã đạt tới ngưỡng dưới không thể nguội đi thêm nữa, vì vật chất tối phi đàn hồi đang làm cho chúng nóng lên”, Hooper giải thích. “Và đó là bằng chứng của bức tranh [vật chất tối phi đàn hồi]”.

Cả hai nhóm đề xuất một cuộc tìm kiếm những ngôi sao lùn trắng ấm bất thường là phương tiện để tìm bằng chứng cho vật chất tối phi đàn hồi, mặc dù có sự khác biệt giữa nghiên cứu của họ. Trong khi McCullough và Fairbairn tập trung vào những vùng sao liên kết chặt chẽ gọi là những cụm sao hình cầu, thì nhóm của Hooper tin rằng trong các lõi thiên hà có mật độ vật chất tối cao hơn, làm cho cuộc tìm kiếm sao lùn trắng dễ thực hiện hơn. Tuy nhiên, như McCullough trình bày, vấn đề đó là không chắc chắn. “Bất chấp sự cụ thể của việc ước tính lượng vật chất tối, đó là một kịch bản khá hấp dẫn cho việc tìm kiếm bằng chứng của vật chất tối phi đàn hồi”, ông thêm.

Weiner – hiện làm việc tại Đại học New York – đồng ý với nhóm Hooper rằng vùng lõi thiên hà là vùng hứa hẹn nhất để kiểm tra giả thuyết trên. Tuy nhiên, ông cũng nghĩ rằng những quan sát sao lùn trắng già nua có thể dùng để lập bản đồ sự phân bố vật chất tối một khi những thí nghiệm dò tìm trực tiếp đã tìm ra bản chất đích thực của các hạt vật chất tối. “Thay vì kiểm tra các lí thuyết vật chất tối, [sao lùn trắng] có thể trở thành phương tiện khảo sát cấu trúc của quầng vật chất tối của thiên hà”, ông nói. “Có lẽ tầm quan trọng thật sự của những nghiên cứu này sẽ đến sau khi chúng ta biết rõ vật chất tối là cái gì, đó là triển vọng thật sự hấp dẫn”.

Bản thảo của hai nghiên cứu trên có tại arXiv: 1001.2737 và arXiv:1002.0005.

Theo physicsworld.com 

 
Downlaod video thí nghiệm

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm


ABC Trắc Nghiệm Vật Lý
Cầu vồng   |   Đăng nhập Đăng nhậpnew
Đang online (74)