Các nhà vật lí khẳng định lần đầu tiên đã phát hiện xác thực một sợi dây vật chất tối đồ sộ vắt giữa hai đám thiên hà. Nếu phát hiện trên là không lừa dối, thì nó có thể là một trong những xác nhận tốt nhất từ trước đến nay của “mô hình chuẩn” của sự phát triển của vũ trụ, cái gọi là mô hình vật chất tối-lạnh lambda (ΛCDM – lambda cold dark matter).
Mô hình ΛCDM thừa nhận rằng, trong vũ trụ sơ khai, vật chất tối phân tán trong một mạng lưới gồm những sợi mảnh giống như mạng nhện. Theo thời gian, cái mạng nhện vũ trụ này đã giúp toàn bộ vật chất “baryon tính” bình thường cụm lại với nhau, nhất là trong những vùng nơi các sợi dây đó giao nhau. Ngày nay, chúng ta thấy kết quả của sự co cụm này ở những chỗ dây giao nhau: các đám thiên hà và, ở quy mô nhỏ hơn, từng thiên hà và ngôi sao riêng lẻ.
Ảnh màu của đám thiên hà Abell 222 và Abell 223 nối với nhau bởi một dây vật chất tối. Những đường contour màu xanh và màu vàng thể hiện mật độ vật chất. Ảnh trên trời to gấp đôi Mặt trăng tròn. (Ảnh: Jörg Dietrich, Đại học Michigan/Đài thiên văn Đại học Munich)
Mạng nhện vũ trụ
Mô hình ΛCDM có vẻ giải thích được đa số phương diện của vũ trụ, từ cấu trúc vĩ mô cho đến tàn dư còn sót lại của Big Bang (Vụ nổ Lớn) – bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Nhưng, nếu vũ trụ thật sự phát triển theo mô hình này, thì các dây vật chất tối vẫn phải còn tồn tại, vắt ngang qua những đám thiên hà giống như những mạng nhện thời cổ. Thật không may, giống như một mạng nhện, vật chất tối khó nhận ra được, mặc dù người ta nghĩ nó chiếm gần một phần tư tổng khối lượng-năng lượng của vũ trụ. Nó không tương tác mạnh với ánh sáng và, do đó, là không nhìn thấy.
Tuy nhiên, các nhà thiên văn đã đang tìm kiếm nó. Hồi thập niên 1980, họ đã lập bản đồ một số vật chất baryon tính (có thể nhìn thấy) chạy dọc theo những sợi dây đó, nhờ đó cho thấy mạng nhện vũ trụ thật sự có tồn tại. Sau đó, khả năng phát hiện ra vật chất tối trong những sợi dây đó cũng mở rộng cửa, với việc sử dụng một kĩ thuật gọi là “sự hội tụ hấp dẫn yếu”. Theo kĩ thuật này, các nhà thiên văn khảo sát ánh sáng đến từ một màn phía sau của nhiều thiên hà ở xa, và xác định ánh sáng bị bóp méo bao nhiêu do lực hấp dẫn của vật chất ở phông nền phía trước. Từ cuối thập niên 1990, các quan sát dường như cho thấy rằng ở những vùng nằm giữa những đám thiên hà nhất định có sự biến dạng do hấp dẫn lớn hơn so với cái có thể giải thích chỉ bằng vật chất baryon tính: cho nên các nhà nghiên cứu khẳng định đây phải là những sợi dây vật chất tối.
Nhưng điều đó không đúng. Vì các nghiên cứu hội tụ hấp dẫn đòi hỏi các quan sát trên một trường nhìn rất rộng, nên các nhà thiên văn buộc phải gắn trên tiêu diện của các kính thiên văn của họ không chỉ một mà một vài máy dò CCD. Trong những thử nghiệm sau đó, người ta phát hiện rằng một sự không thẳng hàng nhỏ thôi giữa những máy dò này cũng có thể gây ra những tín hiệu méo mó giả.
Những ma trận tiên tiến
Tuy nhiên, nay Jörg Dietrich tại Đài thiên văn Đại học Munich ở Đức nghĩ rằng các nhà vật lí không còn bị đánh lừa nữa. “Kiến thức của chúng ta về hành trạng của hệ thống quang đó, các camera với những ma trận nhiều chip, và các cách hiệu chỉnh chúng, đã tiến bộ rất nhiều trong hơn 10 năm qua,” ông nói. Cùng với các đồng sự ở Mĩ và châu Âu, Dietrich đã tìm thấy bằng chứng cho một sợi dây vật chất tối nằm giữa hai đám thiên hà láng giềng Abell 222 và Abell 223.
Dietrich và các đồng sự đã chọn hai đám thiên hà này bởi vì, nằm ở độ lệch đỏ 0,21 và cách nhau trên bầu trời chỉ 0,23o, chúng tương đối ở gần nhau, và do đó có khả năng liên kết với nhau bằng một sợi dây vật chất tối dày. Thật vậy, tín hiệu hội tụ hấp dẫn mà các nhà nghiên cứu tìm thấy là mạnh: chỉ tối đa 9% tín hiệu đó có thể giải thích bằng sự phát xạ tia X từ chất khí nóng. Cộng thêm chừng 5% nữa cho các ngôi sao và 5% cho vật chất lạnh hơn, không nhìn thấy, ta còn lại ước tính khối lượng bình thường cho vật chất tối tính trên tổng lượng vật chất: chừng 80%.
“Tôi thấy kết quả này quan trọng vì nó mang lại sự xác nhận rõ ràng nhất – từ trước đến nay – của một tiên đoán then chốt của mô hình vũ trụ học hiện nay của chúng ta, trong đó đa phần vật chất trong vũ trụ là vật chất tối không nhìn thấy,” phát biểu của nhà thiên văn vật lí lí thuyết Håkon Dahle thuộc trường Đại học Oslo.
Dahle thừa nhận rằng quan sát trên không nhất thiết bác bỏ những lựa chọn khác cho vật chất tối – một số ít nhà lí thuyết tin rằng họ có thể giải thích những loại hiện tượng này bằng những lí thuyết hấp dẫn sửa đổi – động lực học Newton sửa đổi, hay MOND, là một ví dụ phổ biến. “Có, và sẽ vẫn có, những lựa chọn tiềm tàng cho vật chất tối – nhưng [quan sát mới nhất trên] bổ sung thêm một bộ quan sát sâu rộng nữa phù hợp hoàn toàn với mô hình vũ trụ học hiện nay của chúng ta,” ông nói.
Trường hợp đáng tin cậy
Nhưng thực tế các nhà vật lí thiên văn trước đây từng khẳng định sai lầm là đã nhìn thấy những sợi dây vật chất tối làm phát sinh một nghi vấn: liệu quan sát mới nhất này cũng có thể là một sai số thiết bị hay không?
“Đó là một câu hỏi hợp lí,” Dietrich nói. Ông tin rằng các quan sát của nhom ông sẽ trụ vững trước những kiểm tra kĩ lưỡng hơn bởi vì, không giống như những quan sát trước đây, chúng không được ghi ở gần khoảng trống giữa các máy dò CCD. Hơn nữa, ông nói, vật chất tối mà họ quan sát thấy ôm chặt lấy khớp chặt với sự phát xạ tia X và ánh sáng phát ra từ các thiên hà, đó là cái mô hình ΛCDM dự đoán. “Tôi rất chắc chắn với trường hợp này,” ông nói.
Kết quả công bố trực tuyến trên tạp chí Nature.
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: physicsworld.com
