Tia gamma - ánh sáng mạnh nhất, mạnh nhất trong vũ trụ - đi thuyền trên bầu trời vô hình trước mắt người. Những vụ nổ bức xạ cực kỳ mạnh mẽ này phát ra từ vụ nổ siêu tân tinh, phát ra những ngôi sao neutron va chạm và phun ra từ những lỗ đen đói nhất.
Khi các nhà thiên văn học có thể bắt chúng bằng kính viễn vọng tia gamma, những quả pháo hoa vô hình này sẽ hướng về một số cấu trúc bùng nổ nhất của vũ trụ. Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế hy vọng rằng những tia sáng toàn năng đó cũng có thể dẫn đến một thứ xa lạ và khó nắm bắt hơn - chất vô hình được gọi là vật chất tối.
Trong một nghiên cứu mới được chấp nhận để công bố trên tạp chí Phys Review Letters, và chi tiết trên cơ sở dữ liệu in sẵn arXiv, các nhà nghiên cứu đã xem xét cái mà họ gọi là "nền tia gamma chưa được giải quyết" - đó là tất cả các tia gamma mờ và bí ẩn các tín hiệu còn sót lại sau khi các nguồn đã biết như lỗ đen và siêu tân tinh được tính đến. Khi nhóm nghiên cứu so sánh bản đồ các tia gamma chưa được giải quyết với bản đồ mật độ vật chất trong cùng một phần của vũ trụ, họ phát hiện ra rằng các tia thẳng hàng chính xác với các khu vực khổng lồ hấp dẫn nơi vật chất tối được dự đoán sẽ che giấu.
Theo đồng tác giả nghiên cứu Daniel Gruen, mối tương quan này cho thấy vật chất tối có thể chịu trách nhiệm phần lớn cho nền tia gamma mờ của vũ trụ. Nếu đó là trường hợp, nó có thể cung cấp cho các nhà thiên văn học một số manh mối quan trọng về tính chất của chất bí ẩn.
"Vật chất tối có thể phân rã như hạt nhân phóng xạ, tạo ra tia gamma như vậy", Gruen, nhà vật lý thiên văn tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC của Bộ Năng lượng tại Đại học Stanford, California, nói với Live Science. "Hoặc có lẽ nhiều hạt vật chất tối đang va chạm, tạo ra tia gamma khi chúng tương tác."
Gợn sóng trong bóng tối
Vật chất tối được cho là chiếm khoảng 85% khối lượng của vũ trụ, mặc dù các nhà nghiên cứu vẫn không tích cực về việc nó ở đâu và ở đâu. Hoàn toàn vô hình với các công cụ khoa học hiện đại, các công cụ chưa bao giờ được phát hiện thành công.
"Chúng tôi biết một số tính chất của vật chất tối," Gruen nói. "Chúng tôi biết rằng nó rất phổ biến và chúng tôi biết rằng nó có khối lượng tương tác hấp dẫn với khối lượng khác."
Nói cách khác, mặc dù vật chất tối là vô hình, nó tạo ra tác động hữu hình lên vũ trụ thông qua lực hấp dẫn mạnh mẽ của nó. Một trong những tác động đó được gọi là thấu kính hấp dẫn - về cơ bản, làm thế nào ánh sáng từ các thiên hà xa xôi bị biến dạng bởi trọng lực của các vật thể lớn mà nó truyền trên đường tới Trái đất.
Đối với nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã xem xét một bản đồ về thấu kính hấp dẫn trong một khối đặc biệt của vũ trụ, được biên soạn bởi một dự án có tên là Khảo sát năng lượng tối (DES). Được đặt trên một kính viễn vọng khổng lồ ở Chile, máy ảnh chuyên dụng của cuộc khảo sát đã mất một năm để chụp được những hình ảnh độ phân giải cao của hàng trăm triệu thiên hà, tập trung vào nơi ánh sáng xa nhất bị biến dạng bởi các trọng lực cực mạnh. Trong khi một số khu vực đồ sộ nhất trên bản đồ kết quả tương ứng với các thiên hà đã biết, các túi khổng lồ khác có thể cho thấy ảnh hưởng tiềm ẩn của vật chất tối tại nơi làm việc, Gruen nói.
Để hiểu rõ hơn về tầm ảnh hưởng đó, các nhà nghiên cứu đã so sánh bản đồ khối này với bản đồ phát xạ tia gamma được phát hiện ở cùng khu vực bằng kính viễn vọng tia gamma Fermi của NASA trong 9 năm qua. Sử dụng một mô hình toán học, nhóm nghiên cứu đã loại bỏ tất cả các bức xạ có thể được liên kết dứt khoát với các nguồn "trần tục" như lỗ đen và siêu tân tinh, dựa trên sản lượng năng lượng, khoảng cách và các yếu tố khác của chúng.
Bây giờ, chỉ còn lại các nguồn tia gamma "chưa giải quyết" bí ẩn, nhóm nghiên cứu đã so sánh cả hai bản đồ. Họ đã thấy sự chồng chéo rõ ràng giữa các vùng có bức xạ tia gamma cao và vùng có khối lượng lớn.
"Đây là nghiên cứu đầu tiên mà chúng tôi chắc chắn rằng, nơi có nhiều tia gamma, cũng có rất nhiều vật chất tối", Gruen nói.
Nếu vật chất tối thực sự phát ra tia gamma, điều đó có thể thu hẹp nghiêm trọng cách phát hiện và thực sự nó được tạo ra. Tuy nhiên, vẫn có khả năng nền tia gamma mờ trên bản đồ Fermi không liên quan gì đến vật chất tối, Gruen nói. Mô hình toán học mà các nhà nghiên cứu sử dụng để loại bỏ các nguồn phát xạ tia gamma "trần tục" đó (như lỗ đen) dựa trên một số giả định về tính chất của các vật thể đó. Nếu những giả định đó là sai, các lỗ đen xa xôi có thể chịu trách nhiệm nhiều hơn các nền tia gamma bí ẩn hơn các nhà nghiên cứu chiếm.
"Có thể mô hình đó chưa hoàn chỉnh và có lẽ chúng ta thực sự đang học được điều gì đó về các lỗ đen phát ra tia gamma này," Gruen nói. "Có lẽ, những lỗ đen này đang sống trong các thiên hà lớn hơn chúng ta tưởng."
Nhiều dữ liệu hơn về cả tia gamma và thấu kính hấp dẫn sẽ giúp nhóm nghiên cứu trau dồi mô hình của họ và diễn giải tốt hơn bản đồ vũ trụ của họ. Kể từ khi kết thúc nghiên cứu, DES đã thu thập thêm sáu lần thông tin về sự phân bố khối lượng của vũ trụ và vệ tinh FERMI vẫn là một trong nhiều kính viễn vọng theo dõi vụ nổ tia gamma. Một nghiên cứu tiếp theo cho thấy kết quả thậm chí rõ ràng hơn sẽ được thực hiện trong vài năm tới, Gruen nói.
