Ba đội nhà thiên văn độc lập nhau vừa công bố những bản đồ mới và cải tiến của nơi vật chất tối đang ẩn náu trong các phần của vũ trụ. Cả ba nhóm đều lập bản đồ chất liệu bí ẩn trên bằng cách khảo sát sự có mặt của nó làm biến dạng như thế nào đối với ảnh của những thiên hà ở xa khi ánh sáng của chúng truyền đến Trái đất. Đồng thời cung cấp những kiến thức mới sâu sắc về vật chất tối, những nghiên cứu này có thể mang lại những thông tin thiết yếu về một chất liệu bí ẩn khác nữa – đó là năng lượng tối.
Khoảng 95% thành phần khối lượng/năng lượng của vũ trụ được cho là gồm vật chất tối và năng lượng tối – hai chất liệu mà các nhà vật lí biết rất ít. Vật chất tối không thể quan sát thấy trực tiế nhưng được tin là chiếm khoảng 23% khối lượng/năng lượng của vũ trụ. Sự tồn tại của nó được suy luận ra từ sự co đẩy hấp dẫn mà nó tác dụng lên vật chất nhìn thấy ví dụ như các thiên hà. Năng lượng tối, cái cũng không nhìn thấy, được cho là chiếm khoảng 72% khối lượng/năng lượng và sự tồn tại của nó được suy luận ra từ sự giãn nở đang tăng tốc của vũ trụ.
Một bản đồ vật chất tối do đội CFHTLenS tạo ra cho thấy những cụm dày đặc vật chất tối (những vùng sáng) bao quanh bởi những vùng có vật chất tối rất ít (những vùng tối). Một số vùng lớn nhất có kích cỡ bằng một vài Mặt trăng trên bầu trời (khi nhìn từ Trái đất). Ảnh: Van Waerbeke, Heymans, CFHTLenS
Sự hội tụ do hấp dẫn
Một đội đã sử dụng dữ liệu thu từ kính thiên văn Canada–Pháp–Hawaii (CFHT) để lập bản đồ vị trí của vật chất tối trong bốn vùng bầu trời. Cuộc khảo sát, gọi là CFHTLenS, gồm khoảng 10 triệu thiên hà, chúng đều ở xa khoảng sáu triệu năm ánh sáng. Khi ánh sáng từ những thiên hà này đi đến Trái đất, nó bị ảnh hưởng bởi trường hấp dẫn của vật chất tối mà nó đi qua trên đường truyền – một hiện tượng gọi là sự hội tụ do hấp dẫn. Hiện tượng này làm biến dạng hình dạng của các thiên hà lẫn sự định hướng tương đối của chúng khi chúng ta nhìn thấy chúng từ trên Trái đất – các sai lệch có thể dùng để lập bản đồ mật độ của vật chất tối.
Đã quan sát trong khoảng thời gian 5 năm, bốn mảng khác nhau của bầu trời đã được nghiên cứu – mỗi mảng khoảng 1o x 1o – sử dụng camera MegaCam trên CFHT. Các hình ảnh bao quát một diện tích vũ trụ lớn hơn nhiều so với một bản đồ trước đây do đội lập ra – nó chỉ bao quát 0,25o x 0,25o. Các bản đồ cho thấy vật chất tối có xu hướng co cụm xung quanh những đám thiên hà lớn – cái các nhà thiên văn đã trông đợi nhưng không thể xác nhận những mảng rộng mênh mông của vũ trụ.
Nay đội nghiên cứu đang áp dụng kĩ thuật phân tích của họ cho dữ liệu thu từ Kính thiên văn Rất Lớn ở Chile, thiết bị mang lại diện tích bầu trời lớn hơn nhiều để lập bản đồ. “Trong 3 năm tới, chúng tôi sẽ chụp ảnh rộng gấp 10 lần khu vực mà CFHTLenS đã lập bản đồ, mang chúng ta tiến gần hơn với mục tiêu của chúng ta là tìm hiểu mảng tối bí ẩn ấy của vũ trụ,” phát biểu của thành viên đội nghiên cứu, Koen Kuijken thuộc trường Đại học Leiden ở Hà Lan.
Biến dạng vũ trụ
Hai tấm bản đồ vật chất tối còn lại do hai nhóm độc lập tạo ra, cả hai nhóm đều khẳng định họ là nhóm đầu tiên chứng minh được rằng các phép đo “biến dạng vũ trụ” là có thể thực hiện rõ ràng bằng các kính thiên văn trên mặt đất. Biến dạng vũ trụ là một loại hội tụ do hấp dẫn làm cho một vật thể ở xa trông như bị kéo giãn – biến một ảnh tròn thành một ảnh elip chẳng hạn. Bằng cách phân tích biến dạng vũ trụ của hình ảnh của những thiên hà ở xa thu thập trong hơn 9 năm qua bởi chương trình Khảo sát Bầu trời Số Sloan (SDSS), hai đội nghiên cứu đã có thể tạo ra những cụm vật chất tối.
Hai đội nghiên cứu – một đội chủ yếu ở Fermilab, còn đội kia tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (LBNL) – có thể cải tiến các phép đo của họ bằng cách kết hợp nhiều ảnh chụp nhanh của cùng những phần của bầu trời thực hiện trong giai đoạn 2000 – 2009. Quá trình này giúp làm giảm các hiệu ứng biến dạng do khí quyển đối với các phép đo biến dạng và cải thiện độ lớn của tín hiệu thu từ những thiên hà rất xa và rất mờ.
Những tấm bản đồ vật chất tối vừa thu được có thể sử dụng để hiểu rõ hơn về năng lượng tối vì năng lượng tối phải có một tác động quan trọng đối với cách thức vật chất tối phân bố trong vũ trụ - nhất là việc nó có xu hướng cụm lại với nhau như thế nào.
“Cộng đồng đã và đang xây dựng hướng đến những phép đo biến dạng vũ trụ trong vài năm qua,” phát biểu của Eric Huff, một thành viên của đội LBNL. “Nhưng cũng có một số hoài nghi không biết những phép đo này có thể được thực hiện đủ chính xác để ràng buộc đối với năng lượng tối hay không. Việc chứng minh rằng chúng ta có thể thu được độ chính xác cần thiết với những nghiên cứu lát đường này có ý nghĩa quan trọng đối với thế hệ tiếp theo của những cuộc khảo sát lớn.”
Xuân Nguyễn – thuvienvatly.com
Theo physicsworld.com
