Vũ trụ của chúng ta đã xấp xỉ 13,7 tỉ năm tuổi, nhưng nó vẫn giữ nhiều bí ẩn liên tục khiến các nhà thiên văn học hoang mang cho đến ngày nay. Từ vật chất tối đến tia vũ trụ đến tính duy nhất của hệ mặt trời của chúng ta, không hề thiếu những sự kì lạ vũ trụ.
Tạp chí Science đã tóm lược một số câu hỏi khó nuốt nhất đã và đang được nêu ra bởi những nhà thiên văn học hàng đầu hiện nay. Không xếp theo trật tự ưu tiên nào, dưới đây là tám trong số những bí ẩn dai dẳng nhất trong lĩnh vực thiên văn học.
Năng lượng tối là gì?
Năng lượng tối là lực bí ẩn trên giả thuyết làm cho vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh, và được các nhà thiên văn sử dụng để giải thích sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ.
Cho đến nay, lực khó nắm bắt này chưa được phát hiện ra trực tiếp, nhưng người ta nghĩ năng lượng tối chiếm khoảng 73% của vũ trụ.
Đám thiên hà Abell 1689 nổi tiếng ở cách chúng bẻ cong ánh sáng trong một hiện tượng sự hội tụ do hấp dẫn. Một nghiên cứu mới của đám thiên hà trên đang làm sáng tỏ những bí ẩn về cách năng lượng tối định hình vũ trụ. Ảnh: NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) và J-P. Kneib (LAM)
Vật chất tối nóng bao nhiêu?
Vật chất tối là một khối lượng không nhìn thấy được cho là chiếm 23% của vũ trụ. Vật chất tối có khối lượng nhưng không thể nhìn thấy được, nên các nhà khoa học suy luận ra sự tồn tại của nó dựa trên lực hút hấp dẫn mà nó tác dụng lên vật chất bình thường.
Các nhà nghiên cứu vẫn hiếu kì về những tính chất của vật chất tối, ví dụ như nó có băng giá như nhiều lí thuyết tiên đoán, hay là nó ấm hơn.
Ảnh minh họa Dải Ngân hà. Quầng vật chất màu xanh vây quanh thiên hà của chúng ta thể hiện sự phân bố như người ta trông đợi của vật chất tối bí ẩn, chúng được các nhà thiên văn nêu ra lần đầu tiên để giải thích những đặc điểm quay của thiên hà và ngày nay là một thành phần thiết yếu trong các lí thuyết đương đại của sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà. Ảnh: ESO/L. Calçada
Những baryon còn thiếu nằm ở đâu?
Năng lượng tối và vật chất tối gộp lại chiếm khoảng 95% của vũ trụ, với vật chất bình thường chiếm 5% còn lại. Nhưng các nhà nghiên cứu vẫn đang thắc mắc không biết hơn một nửa vật chất bình thường này đang ẩn náu ở đâu.
Vật chất còn thiếu này được gọi là vật chất baryon tính, và là thành phần cấu tạo của những hạt như proton và electron chiếm phần lớn khối lượng của vật chất nhìn thấy của vũ trụ.
Một số nhà thiên văn vật lí nghi ngờ rằng vật chất baryon tính còn thiếu có thể được tìm thấy giữa các thiên hà, trong cái gọi là môi trường ấm-nóng giữa các sao, nhưng những baryon còn thiếu của vũ trụ vẫn là một đề tài gây tranh cãi sôi nổi.
Các nhà khoa học sử dụng Đài thiên văn tia X Chandra của NASA và XMM- Newton của ESA phát hiện ra một cái hồ khổng lồ chứa chất khí nằm dọc theo một cấu trúc dạng tường ngăn của các thiên hà ở cách xa Trái đất khoảng 400 triệu năm ánh sáng. Trong hình minh họa này miêu tả một cận cảnh của cái gọi là Sculptor Wall. Khám phá này là bằng chứng có sức mạnh nhất từ trước đến nay rằng “vật chất còn thiếu” trong Vũ trụ láng giềng nằm trong một mạng lưới mênh mông chứa chất khí nóng, phân tán. Ảnh: NASA/CXC/Đại học California Irvine/T. Fang, CXC/M. Weiss
Các ngôi sao phát nổ như thế nào?
Khi những ngôi sao lớn cạn kiệt nhiên liệu, chúng kết thúc cuộc đời của mình trong những vụ nổ khủng khiếp gọi là sao siêu mới. Những vụ nổ ngoạn mục này sáng đến mức trong thời gian ngắn chúng có thể tỏa sáng hơn toàn bộ các thiên hà.
Các nghiên cứu sâu rộng và công nghệ hiện đại đã làm sáng tỏ nhiều chi tiết về sao siêu mới, nhưng những vụ nổ khủng khiếp này xảy ra như thế nào thì vẫn là một bí ẩn.
Các nhà khoa học muốn hiểu rõ cơ chế của những vụ nổ sao này, kể cả cái xảy ra bên trong một ngôi sao trước khi nó kích nổ thành một sao siêu mới.
Trái: Ảnh của sóng xung kích do một laser tạo ra. Màu sắc sáng hơn tương ứng với vùng có mật độ hoặc nhiệt độ cao hơn. Phải: Mô phỏng của một sóng xung kích suy sụp phát sinh trong pha tiền-thiên hà. Ảnh: A. Ravasio (LULI), A. Pelka (LULI), J. Meinecke (Oxford) và C. Murphy (Oxford)/ F. Miniati (ETH).
Cái gì làm cho vũ trụ ion hóa trở lại?
Mô hình Big Bang được chấp nhận rộng rãi cho nguồn gốc của vũ trụ phát biểu rằng vũ trụ đã ra đời dưới dạng một điểm nóng, đặc hồi khoảng 13,7 tỉ năm trước.
Người ta cho rằng vũ trụ sơ khai là một nơi náo nhiệt, và lúc khoảng 13 tỉ năm trước, nó đã trải qua một thời kì gọi là ion hóa trở lại. Trong thời kì này, đám sương hydrogen của vũ trụ đang tan dần và lần đầu tiên trở nên trong mờ trước ánh sáng tử ngoại.
Các nhà khoa học lâu nay vẫn chưa hiểu được nguyên nhân gì đã làm cho sự ion hóa trở lại này xảy ra.
Hình minh họa cho thấy các thiên hà tại một thời điêm chưa tới một tỉ năm sau Big Bang, khi vũ trụ vẫn phần nào chứa đầy sương hydrogen hấp thụ ánh sáng tử ngoại. Ảnh: ESO/M. Kornmesser
Đâu là nguồn gốc của những tia vũ trụ năng lượng cao nhất?
Tia vũ trụ là những hạt năng lượng cao từ không gian vũ trụ bên ngoài thổi vào hệ mặt trời của chúng ta, nhưng nguồn gốc thật sự của những hạt tích điện dưới nguyên tử này đã thách thức các nhà thiên văn học trong khoảng một thế kỉ qua. Những tia vũ trụ năng lượng cao nhất có năng lượng cực mạnh, lên tới gấp 100 triệu lần năng lượng của những hạt được tạo ra trong các máy va chạm hạt nhân tạo. Trong những năm qua, các nhà thiên văn đã nỗ lực lí giải nơi tia vũ trụ phát sinh trước khi thổi vào hệ mặt trời, nhưng nguồn phát của chúng tỏ ra là một bí ẩn thiên văn dai dẳng.
Người ta biết ít về những tia vũ trụ năng lượng cực cao thường xuyên xâm nhập vào khí quyển Trái đất. Những kết quả mới đây của thí nghiệm IceCube ở Nam Cực đang thách thức một trong những lí thuyết hàng đầu, rằng chúng phát sinh từ những vụ nổ tia gamma. Ảnh: NSF/J. Yang
Vì sao hệ mặt trời lạ lùng như thế?
Khi khám phá ra những hành tinh ngoài hệ mặt trời, các nhà thiên văn đã cố gắng đương đầu và lí giải xem hệ mặt trời của chúng ta đã ra đời như thế nào.
Sự khác biệt giữa các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta không dễ gì giải thích, và các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu xem các hành tinh đã ra đời như thế nào với hi vọng nắm bắt nhiều hơn về những đặc trưng độc đáo của hệ mặt trời của chúng ta.
Theo một số nhà thiên văn, hướng nghiên cứu này có thể được sự hậu thuẫn từ việc săn tìm những thế giới ngoài hệ mặt trời, nhất là nếu người ta tìm thấy khuôn mẫu trong các quan sát hệ hành tinh ngoài hệ mặt trời.
Vì sao nhật hoa của mặt trời nóng như thế?
Nhật hoa của mặt trời là khí quyển phía ngoài cực nóng của nó, nơi nhiệt độ có thể đạt tới 6 triệu độ Celsius.
Các nhà vật lí mặt trời lâu nay vẫn chật vật tìm hiểu mặt trời làm nóng nhật hoa của nó như thế nào, nhưng nghiên cứu hướng tới một liên hệ giữa năng lượng bên dưới bề mặt có thể nhìn thấy, và các quá trình trong từ trường của mặt trời. Nhưng, cơ chế chi tiết ẩn sau sự nóng lên của sự nhật hoa cho đến nay vẫn chưa rõ.
Một cột khí ion hóa khổng lồ gọi là plasma (hướng sang phải) phóng ra khỏi mặt trời từ vết đen mặt trời 1283. Ảnh chụp của Đài thiên văn Động lực học mặt trời của NASA. Vết đen mặt trời này đã phun ra bốn tai lửa mặt trời và ba sự kiện phun trào vật chất vành nhật hoa, từ ngày 6 đến 8 tháng 9, 2011. Ảnh: NASA/SDO/AIA
Nguồn: Space.com
