Giống như mọi thiên hà khác, Dải Ngân hà của chúng ta là ngôi nhà của một chất liệu kì lạ gọi là vật chất tối. Vật chất tối không nhìn thấy được, chỉ để lộ sự hiện diện của nó qua lực hút hấp dẫn của nó. Không có vật chất tối giữ chúng lại với nhau, những ngôi sao tốc độ cao của thiên hà của chúng ta sẽ bay ra xa theo mọi hướng. Bản chất của vật chất tối là một bí ẩn – một bí ẩn mà một nghiên cứu mới đây còn làm cho thêm sâu sắc.
“Sau khi hoàn thành nghiên cứu này, chúng tôi biết về vật chất tối còn ít hơn trước đây nữa”, phát biểu của tác giả Matt Walker tại Trung tâm Thiên văn Vật lí Harvard-Smithsonian.
Mô hình vũ trụ chính thống hiện nay mô tả một vũ trụ bị thống trị bởi năng lượng tối và vật chất tối. Đa số các nhà thiên văn giả định rằng vật chất tối gồm những hạt kì lạ “lạnh” (tức là chuyển động chậm) co cụm lại với nhau do sự hấp dẫn. Theo thời gian, những cụm vật chất tối này lớn dần và hút lấy vật chất bình thường, tạo ra những thiên hà mà chúng ta thấy ngày nay.
Ảnh minh họa một thiên hà lùn nhìn từ bề mặt của một hành tinh ngoại giả định. Ảnh: David A. Aguilar (CfA)
Các nhà vũ trụ học sử dụng những máy vi tính mạnh để mô phỏng quá trình này. Những mô phỏng của họ cho thấy vật chất tối sẽ ép đặc tại tâm của các thiên hà. Thay vậy, những phép đo mới của hai thiên hà lùn cho thấy chúng chứa một sự phân bố vật chất tối đồng đều. Điều này cho thấy mô hình vũ trụ học chính thống có lẽ là không đúng.
“Những số đo của chúng ta mâu thuẫn với một tiên đoán cơ bản về cấu trúc của vật chất tối lạnh trong những thiên hà lùn. Trừ khi hoặc cho đến khi các nhà lí thuyết có thể cải tiến tiên đoán đó, vật chất tối lạnh là không phù hợp với dữ liệu quan trắc của chúng tôi”, Walker nói.
Những thiên hà lùn gồm tới 99% vật chất tối và chỉ 1% vật chất bình thường như các ngôi sao. Sự chênh lệch này khiến thiên hà lùn là mục tiêu lí tưởng cho các nhà thiên văn đi tìm cách hiểu vật chất tối.
Walker và đồng tác giả của ông, Jorge Peñarrubia (Đại học Cambridge, Anh quốc) đã phân tích sự phân bố vật chất tối trong hai láng giềng của Dải Ngân hà: hai thiên hà lùn Fornax và Sculptor. Những thiên hà này chứa một triệu đến 10 triệu ngôi sao, so với khoảng 400 tỉ ngôi sao trong thiên hà của chúng ta. Đội nghiên cứu đã đo vị trí, tốc độ và những thành phần hóa học cơ bản của 1500 đến 2500 ngôi sao.
“Những ngôi sao trong một thiên hà lùn giống như những con ong trong tổ ong thay vì chuyển động trong những quỹ đạo tròn xinh đẹp giống như một thiên hà xoắn ốc”, Peñarrubia giải thích. “Điều đó khiến việc xác định sự phân bố của vật chất tối trở nên khó khăn hơn nhiều”.
Dữ liệu của họ cho thấy trong cả hai trường hợp, vật chất tối phân bố đồng đều trên một vùng tương đối rộng lớn, bề rộng đến vài trăm năm ánh sáng. Kết quả này trái với dự đoán rằng mật độ vật chất tối sẽ tăng nhanh về phía tâm của những thiên hà này.
“Nếu một thiên hà lùn là một trái đào, thì mô hình vũ trụ học chính thống nói rằng chúng ta sẽ tìm thấy một ‘hạt đào’ vật chất tối tại chính giữa. Thay vậy, hai thiên hà lùn đầu tiên mà chúng tôi nghiên cứu lại giống như những quả đào không hạt vậy”, Peñarrubia nói.
Một số người từng đề xuất rằng các tương tác giữa vật chất bình thường và vật chất tối có thể làm phân tán vật chất tối, nhưng những mô phỏng hiện nay không biểu hiện xảy ra như vậy trong những thiên hà lùn. Những phép đo mới trên hàm ý rằng hoặc là vật chất bình thường ảnh hưởng lên vật chất tối nhiều hơn so với trông đợi, hoặc là vật chất tối không hề “lạnh”. Đội nghiên cứu hi vọng có thể xác định rõ trường hợp nào đúng bằng cách nghiên cứu thêm nhiều thiên hà lùn nữa, nhất là những thiên hà có tỉ lệ vật chất tối cao hơn.
Nguồn: HSCA
