Lý thuyết vật chất tối kỳ lạ. Nếu bạn là một fan hâm mộ của tất cả những thứ tuyệt vời trong vũ trụ, thì bài viết này là dành cho bạn.
Hầu hết các nội dung trong vũ trụ của chúng ta là một dạng hoàn toàn xa lạ với vật lý. Điều đó chỉ là một sự thật mà tất cả chúng ta sẽ phải làm quen. Nếu bạn bị cám dỗ để nghĩ rằng nó chỉ là một số loạivũ trụ học vấn đề, một vấn đề chỉ phát sinh ở quy mô lớn nhất, vậy thì tôi có tin xấu cho bạn. Một trong những thành phần bí ẩn đối với vũ trụ là - theo như chúng ta có thể nói - một dạng vật chất.
Nhưng không phải bất kỳ dạng vật chất nào, nếu không chúng ta sẽ thấy nó ngay bây giờ. Không, chúng tôi nghĩ rằng nó là một loạitối vấn đề; vấn đề đơn giản là không tương tác với ánh sáng. Không phát thải. Không hấp thụ. Không có sự tán xạ. Không có gì. Và thực tế là vật chất tối tồn tại không nêncái đó đáng ngạc nhiên không? Rốt cuộc, ai đã ra lệnh rằng mọi thứ trong vũ trụphải tương tác với ánh sáng?
Không ai làm, và chúng tôi ở đây. Nếu bạn nhìn vào một thiên hà ngẫu nhiên, những thứ phát sáng - sao, tinh vân, v.v. - chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng khối lượng trong thiên hà đó. Tỷ lệ chính xác giữa vật chất bình thường và vật chất tối phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, như lịch sử hình thành thiên hà. Nhưng nói chung, thiên hà càng nhỏ thì càng bị chi phối bởi vật chất tối.
Các thiên hà nhỏ nhất, được gọi là các thiên hà lùn, có thể cung cấp một phòng thí nghiệm tiện dụng để nghiên cứu vật chất tối. Trong các thiên hà này, vật chất tối có thể tự do làm những gì vật chất tối làm mà không có bất kỳ vật chất tương tác ánh sáng phiền phức nào để thực sự làm phức tạp mọi thứ. Nếu vật chất tối làm điều gì đó kỳ lạ (tốt, lạ hơn đơn giản là tồn tại), như tự tương tác với lực hạt nhân yếu hoặc bao gồm nhiều loại hạt kỳ lạ, thì bất kỳ hiệu ứng nào cũng sẽ khiến chúng trở nên rõ rệt hơn trong một thiên hà lùn hơn là một thứ gì đó như dải ngân hà.
Đây là tất cả tuyệt vời và tốt, ngoại trừ lời cảnh báo nhỏ rằng trong khi tất cả những vật lý thú vị này đang diễn ra dưới mui xe, thì khó khăn cho chúng ta thấy nó. Vì trời tối.
Một điều trong nhiều điều mà chúng tôi không thể hiểu về vật chất tối là cách nó hoạt động trong lõi của các thiên hà. Những mô phỏng đơn giản về sự tiến hóa của thiên hà dự đoán một thứ gọi là một cusp '- một loại hạt cứng có mật độ cực kỳ cao nằm ở trung tâm kem khác của một thiên hà. Nhưng các quan sát không chỉ ra điều này: phải có rất nhiều ngôi sao theo sau ảnh hưởng của lực hấp dẫn của tất cả các vật chất tối đó. Và chắc chắn có rất nhiều ngôi sao ở trung tâm của một thiên hà, nhưng khôngcái đó nhiều
Một cái gì đó phải làm mịn các vật chất tối trung tâm. Nó có thể là tương tác kỳ lạ trong chính vật chất tối. Nó có thể là nguyên nhân trần tục hơn như gió siêu tân tinh thổi ra khí. Nó có thể là cả hai, hoặc không.
Các nhà thiên văn học rất, rất quan tâm đến lõi của các thiên hà, và đặc biệt là các thiên hà lùn, bởi vì nó có thể có khả năng học hỏi rất nhiều về vật chất tối. Và mặc dù vật lý phức tạp, lộn xộn của chúng, chúng ta vẫn cần các ngôi sao và khí để quan sát, thăm dò và nghiên cứu các thiên hà lùn, hy vọng rằng chúng ta có thể theo dõi hành vi của vật chất tối tiềm ẩn. Nhưng các thiên hà lùn ở rất xa, mờ và nhỏ - và lõi của chúng thậm chí còn hơn thế.
Làm thế nào chúng ta có thể nhìn trộm bên trong họ?
Rất may các thiên hà có nhiều hơn các công dân xuất sắc. Họ cũng có lỗ đen. Những con khổng lồ khổng lồ trong lõi của chúng và hàng triệu con nhỏ hơn trôi nổi trong chúng. Và thực tế là các lỗ đen khổng lồ có xu hướng tụ tập trong lõi của các thiên hà chủ của chúng có thể hữu ích. Vì vậy, có lẽ - làm việc với tôi ở đây - nếu bằng cách nào đó chúng ta có thể nghiên cứu hành vi của các lỗ đen bên trong các thiên hà lùn, chúng ta có thể có được một số manh mối về bản chất của vật chất tối.
Nhưng lỗ đen cũng đen và khó nhìn. Và nhỏ. Và xa lắm. May mắn thay, chúng tôi không phải thấy lỗ đen - chúng tôi có thể nghe thấy chúng.
Khi các lỗ đen va chạm, chúng rung chuyển và làm biến dạng vải không thời gian đến mức chúng gây ra sóng, giống như những gợn sóng lan ra từ một hòn đá nặng rơi xuống nước. Những sóng trọng lực này lan truyền khắp không gian với tốc độ ánh sáng, kéo dài và hơi ép bất kỳ vật chất can thiệp nào khi chúng rửa qua. Trong thực tế, cơ thể của bạn, khi bạn đọc điều này, bị kéo mạnh và ấn như một miếng bột từ vô số sóng hấp dẫn đi qua Trái đất.
Những sóng hấp dẫn này cực kỳ khó phát hiện, đó là lý do tại sao những người đầu tiên đo được chúng đã nhận được một số giải thưởng Nobel cho nỗ lực kéo dài hàng thập kỷ của họ để sử dụng các chùm ánh sáng gây nhiễu để thu được tín hiệu tinh tế.
Nhưng ba đài quan sát sóng hấp dẫn của chúng ta trên bề mặt Trái đất có thể giúp chúng ta giải quyết vấn đề vật chất tối đen trong lỗ lùn-thiên hà-nghiên cứu-vật chất tối. Những lỗ đen đó - được gọi làlỗ đen khối lượng trung gian - quá nhỏ để tạo ra một tín hiệu có thể phát hiện được ở đây trong Dải Ngân hà khi chúng hợp nhất.
Nhưng một đài quan sát sóng hấp dẫn trong không gian có thể. Nhiệm vụ LISA được đề xuất (viết tắt của, như bạn có thể đoán, Anten không gian giao thoa kế laser) có thể có độ nhạy phù hợp để xem tín hiệu hợp nhất các lỗ đen cỡ trung bình, giống như các lỗ hổng được tìm thấy trong trái tim của các thiên hà lùn.
Và theo một bài báo mới được chấp nhận gần đây bởi Tạp chí Vật lý thiên văn do Tomas Tomfal thuộc Đại học Zurich, các mô hình vật chất tối khác nhau (và các tương tác có thể của nó với loại vật chất yêu thích ánh sáng thông thường) có thể ảnh hưởng đến mức độ thường xuyên và nhanh chóng các lỗ đen trong các thiên hà lùn hợp nhất, đó là điều mà LISA có thể tách ra.
Nó là một con đường vòng để hiểu vật chất tối, nhưng trong một vấn đề khó chịu như thế này, nó lại là một vấn đề đầy hứa hẹn.
Đọc thêm: Sự hình thành của các nhị phân lỗ đen LISA trong việc hợp nhất các thiên hà lùn: Dấu ấn của vật chất tối
