Theo một nghiên cứu mới, sự thừa sóng vô tuyến mà một thí nghiệm trên khí cầu ghi nhận được có khả năng là một dấu hiêu của vật chất tối. Dữ liệu từ sứ mệnh ARCADE dường như vừa khớp với một bằng chứng trực tiếp khác, mới được báo cáo trong thời gian gần đây, mặc dù một số người tin rằng chúng có thể có lời giải thích khác.
Vật chất tối là chất liệu bí ẩn mà người ta cho rằng chiếm tới hơn 80% vật chất trong vũ trụ. Trong khi vật chất tối được viện dẫn để giải thích vận tốc quay khác thường của các thiên hà và những hiện tượng thiên văn bí ẩn khác, cho đến nay chưa có ai phát hiện ra nó một cách thuyết phục. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các dấu hiệu của sự phát hiện đã được một số nhóm thực nghiệm báo cáo, đó là nhóm CRESST và DAMA tại phòng thí nghiệm dưới lòng đất ở Gran Sasso, Italy, và CoGeNT tại mỏ quặng Soudan ở Minnesota, Mĩ. Bằng chứng khác cho vật chất tối đã được báo cáo bởi thí nghiệm trên vệ tinh PAMELA và có khả năng nữa là thí nghiệm trên khí cầu ATIC – cả hai đều tìm kiếm sự thừa mức electron và positron sinh ra bởi các va chạm vật chất tối.
Ảnh minh họa sứ mệnh ARCADE. (Ảnh: NASA)
Thừa sóng vô tuyến
Nay có vẻ như một thí nghiệm trên vệ tinh khác cũng mang đến bằng chứng tương tự. Hồi năm 2009, nhóm hợp tác ARCADE 2 đã báo cáo rằng thí nghiệm của họ, thực hiện những phép đo vô tuyến của bầu trời ở tần số từ 3 đến 90 GHz, đã ghi được một thành phần không có hướng hay “đẳng hướng” của sóng vô tuyến cao gấp năm đến sáu lần so với những thí nghiệm khác ghi được. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã nỗ lực giải thích sự dư thừa đó, chẳng hạn, là một tàn dư của sao siêu mới hay quasar, nhưng không lời giải thích nào thành công cả.
Nay Nicolao Fornengo thuộc trường Đại học Turin ở Italy và các đồng sự tin rằng lời giải thích có khả năng nhất của sự dư thừa ARCADE là sự tồn tại của rất rất nhiều những nguồn rất yếu, na ná như cái tạo nên “quầng” vật chất tối bên ngoài các thiên hà. Khi các hạt vật chất tối – gọi là những hạt nặng tương tác yếu, hay WIMP – va chạm và hủy lẫn nhau, người ta cho rằng chúng tạo ra các electron và positron, những hạt này sau đó tạo ra sóng vô tuyến thông qua sự phát bức xạ synchrotron khi chúng chuyển động trong từ trường.
Nếu những hạt WIMP như thế là nguồn gốc của sự dư thừa vô tuyến ARCADE, theo Fornengo và đồng sự, thì chúng có khả năng sẽ khá nhẹ, với khối lượng từ 10 đến 20 GeV. Khối lượng đó “nằm ngay trong vạch sút bóng của DAMA, CoGeNT và CRESST,” Fornengo nói. Các kết quả trên sẽ công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
“Nền thiên văn vật lí lộn xộn”
Quan điểm trên không được nhiều nhà thiên văn vật lí khác chia sẻ. Douglas Scott tại trường Đại học British Columbia nghĩ rằng một lời giải thích có nguồn gốc trái đất thì có khả năng hơn. “Nếu chúng ta đang thiếu cái gì đó, thì ứng cử viên có khả năng nhất là phải làm cái gì đó với ‘nền thiên văn vật lí lộn xộn’ kia – tức là các chi tiết của sự hình thành và phát triển của các thiên hà,” ông nói. “Nhưng cũng nên ghi nhớ trong đầu khả năng điều này cho chúng ta biết đôi chút về nền vật lí hạt và bản chất của vật chất tối.”
Alan Kogut, lãnh đạo nhóm ARCADE tại Trung tâm Du hành Vũ trụ Goddard của NASA ở Maryland, Mĩ, là “một kẻ có phần hoài nghi trước mọi kết quả thiên văn vật lí liên quan đến sự phân hủy vật chất tối”, mặc dù ông thừa nhận rằng lời giải thích trên là vừa khớp. Theo ông, Ma trận Kilo mét Vuông (SKA), một chiếc kính thiên văn vô tuyến khổng lồ đang phát triển ở bán cầu nam, sẽ có thể mang lại sự chứng thực.
Fornengo đồng ý rằng SKA sẽ làm sáng tỏ thêm về sự dư thừa ARCADE, và một ước tính độc lập của phông nền vô tuyến đẳng hướng toàn phần của vũ trụ là cần thiết. Trong khi chờ đợi, ông thích lời giải thích vật chất tối vì nó “có thể tái dựng lại các quan sát vô tuyến một cách tự nhiên, đó là không cần phải đưa thêm bất kì giả thuyết lạc quan đặc biệt nào cả”.
“Tôi nghĩ nó là một bài toán hấp dẫn, và là một bài toán có tính gợi mở, nhưng có một số thông số có thể hoàn toàn làm thay đổi lời giải thích đó,” phát biểu của Stefano Profumo tại trường Đại học California, Santa Cruz, Mĩ. “Vì thế, đây được xem là ‘chứng minh nguyên lí’ của một lời giải thích khả dĩ của sự dư thừa ARCADE, nhưng không có nghĩa là nó hướng đến những nguồn gốc kì lạ như sự phân hủy hay phân rã vật chất tối.”
Bản thảo của bài báo trên có tại arXiv:1108.0569.
Nguồn: physicsworld.com
