Các nhà thiên văn tại trường Đại học Zürich, ETH Zurich, Đại học Leicester và NAOC Bắc Kinh vừa tìm thấy những lượng lớn “vật chất tối” vô hình nằm gần Mặt trời. Kết quả của họ phù hợp với lí thuyết cho rằng Dải Ngân hà bị bao quanh bởi một “quầng” khổng lồ vật chất tối, nhưng đây là nghiên cứu đầu tiên thuộc loại này sử dụng một phương pháp đã được kiểm tra chặt chẽ trên những dữ liệu giả thu từ các mô phỏng chất lượng cao. Các tác giả cũng tìm thấy những dấu hiệu trêu ngươi của một thành phần vật chất tối mới trong Thiên hà của chúng ta.
Vật chất tối lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà thiên văn học người Thụy Sĩ Fritz Zwicky hồi thập niên 1930. Ông tìm thấy rằng các đám thiên hà có chứa một vật chất tối bí ẩn giữ cho chúng không bay ra xa nhau. Cũng khoảng thời gian đó, Jan Oort ở Hà Lan phát hiện rằng mật độ vật chất ở gần Mặt trời gần gấp đôi cái có thể giải thích bởi riêng sự có mặt của các ngôi sao và chất khí.
Trong những thập niên sau đó, các nhà thiên văn đã phát triển một lí thuyết của vật chất tối và sự hình thành cấu trúc giải thích các tính chất của đám thiên hà và thiên hà trong Vũ trụ, nhưng lượng vật chất tối trong vùng lân cận mặt trời vẫn còn là bí ẩn. Hàng thập kỉ sau phép đo của Oort, các nghiên cứu tìm thấy có nhiều vật chất tối gấp 3-6 lần so với trông đợi. Cộng đồng nghiên cứu tiếp tục bị thách đố, thường thì người ta tin rằng các quan sát và phân tích đơn giản là không đủ nhạy để tiến hành một phép đo đáng tin cậy.
Mô phỏng phân giải cao của Dải Ngân hà dùng để kiểm tra kĩ thuật đo khối lượng. Ảnh: A. Hobbs
Trong nghiên cứu mới nhất này, các tác giả chắc chắn hơn nhiều vào phép đo của họ và sai số của nó. Đây là vì họ đã sử dụng một mô phỏng tiên tiến của Thiên hà của chúng ta để kiểm tra kĩ thuật đo khối lượng của họ trước khi áp dụng nó cho dữ liệu thật. Cách tiếp cận này đưa đến một số bất ngờ. Họ tìm thấy rằng các kĩ thuật thông thường đã sử dụng trong 20 năm qua là có thành kiến, luôn luôn có xu hướng ước tính dưới mức lượng vật chất tối. Sau đó họ đã nghĩ ra một kĩ thuật mới không thành kiến tìm lại đáp số đúng từ dữ liệu mô phỏng. Áp dụng kĩ thuật của họ cho vị trí và vận tốc của hàng nghìn sao lùn cam loại K ở gần Mặt trời, họ thu được một số đo mới của mật độ vật chất tối địa phương.
Tác giả đứng tên đầu Silvia Garbari cho biết: “Chúng tôi tin chắc 99% rằng có vật chất tối ở gần Mặt trời. Thật vậy, mật độ vật chất tối mà chúng tôi ủng hộ có hơi cao. Có 10% khả năng đây đơn thuần là một may mắn thống kê. Nhưng với độ tin cậy 90%, chúng tôi tìm thấy có nhiều vật chất tối hơn trông đợi. Nếu dữ liệu tương lai xác nhận giá trị cao này, thì các hàm ý là thật hấp dẫn. Nó có thể là bằng chứng đầu tiên cho một “đĩa” vật chất tối trong Thiên hà của chúng ta, như đã được dự đoán trong thời gian gần đây bởi lí thuyết và các mô phỏng dạng số của sự hình thành thiên hà. Hoặc có khả năng quầng vật chất tối của Thiên hà của chúng ta bị nén, làm tăng mật độ vật chất tối địa phương.”
Nhiều nhà vật lí đang đánh cược về khả năng vật chất tối có là một hạt cơ bản mới chỉ tương tác rất yếu với vật chất bình thường – nhưng đủ mạnh để phát hiện ra được trong các thí nghiệm sâu dưới lòng đất nơi những sự kiện tia vũ trụ khó hiểu đã bị che chắn bởi hơn 1 km đá cứng. Một số đo chính xác của mật độ vật chất tối địa phương là thiết yếu cho những thí nghiệm như vậy như đồng tác giả, giáo sư George Lake giải thích: “Nếu vật chất tối là một hạt cơ bản, thì hàng tỉ hạt này sẽ đi qua cơ thể của bạn lúc bạn vừa đọc xong bài viết này. Các nhà vật lí thực nghiệm hi vọng chộp được chỉ một vài hạt này mỗi năm trong các thí nghiệm như XENON và CDMS hiện đang hoạt động. Biết được tính chất địa phương của vật chất tối là chìa khóa để làm sáng tỏ loại hạt cấu tạo nên nó là gì.”
Tham khảo: arxiv.org/pdf/1206.0015v2.pdf
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: Hội Thiên văn học Hoàng gia Anh
