Nói một cách đơn giản, Dark Matter không chỉ được cho là chiếm phần lớn khối lượng vũ trụ mà còn đóng vai trò là giàn giáo trên đó các thiên hà được xây dựng. Nhưng để tìm ra bằng chứng về khối lượng bí ẩn, vô hình này, các nhà khoa học buộc phải dựa vào các phương pháp gián tiếp tương tự như phương pháp được sử dụng để nghiên cứu các lỗ đen. Về cơ bản, họ đo lường sự hiện diện của Dark Matter ảnh hưởng đến các ngôi sao và thiên hà trong vùng lân cận như thế nào.
Đến nay, các nhà thiên văn học đã tìm được bằng chứng về các khối vật chất tối xung quanh các thiên hà vừa và lớn. Sử dụng dữ liệu từ Kính thiên văn vũ trụ Hubble và một kỹ thuật quan sát mới, một nhóm các nhà thiên văn học từ UCLA và NASA JPL đã phát hiện ra rằng vật chất tối có thể hình thành các khối nhỏ hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Những phát hiện này đã được trình bày trong tuần này tại cuộc họp lần thứ 235 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ (AAS).
Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất về Dark Matter nói rằng nó không được tạo thành từ những thứ tương tự như baryonic (hay còn gọi là vật chất dạ quang thông thường), tức là proton, neutron và electron. Thay vào đó, Dark Matter được cho là được tạo thành từ một loại hạt hạ nguyên tử chưa biết tương tác với vật chất bình thường chỉ thông qua trọng lực, yếu nhất trong các lực cơ bản - các lực khác là lực hạt nhân điện từ, mạnh và yếu.
Một lý thuyết khác được chấp nhận rộng rãi nói rằng Dark Matter di chuyển chậm so với các loại hạt khác, và do đó dễ bị vón cục. Theo ý tưởng này, Vũ trụ nên chứa một phạm vi nồng độ vật chất tối rộng, từ nhỏ đến lớn. Tuy nhiên, cho đến nay, không có nồng độ nhỏ nào được quan sát thấy.
Sử dụng dữ liệu thu được từ Máy ảnh trường rộng 3 (WFC3) của Hubble, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm bằng chứng về các cụm nhỏ này bằng cách đo ánh sáng từ hạt nhân sáng của tám thiên hà xa xôi (còn gọi là quasar) để xem nó bị ảnh hưởng như thế nào khi nó di chuyển. qua không gian. Kỹ thuật này, thường được các nhà thiên văn học sử dụng để nghiên cứu các thiên hà xa xôi, các cụm sao và thậm chí các ngoại hành tinh, được gọi là thấu kính hấp dẫn.
Ban đầu được tiên đoán bởi Thuyết Einstein Thuyết tương đối rộng, kỹ thuật này dựa vào lực hấp dẫn của các vật thể vũ trụ lớn để làm cong vênh và phóng đại ánh sáng từ các vật thể ở xa hơn. Daniel Gilman của UCLA, một thành viên của nhóm quan sát, đã giải thích quy trình như vậy:
Hãy tưởng tượng rằng mỗi một trong tám thiên hà này là một chiếc kính lúp khổng lồ. Các khối vật chất tối nhỏ hoạt động như những vết nứt nhỏ trên kính lúp, làm thay đổi độ sáng và vị trí của bốn hình ảnh chuẩn tinh so với những gì bạn mong đợi để xem kính có mịn không.
Như hy vọng, Hubble hình ảnh cho thấy ánh sáng phát ra từ tám quasar này chịu hiệu ứng thấu kính phù hợp với sự hiện diện của các cụm nhỏ dọc theo đường ngắm của kính viễn vọng và trong và xung quanh các thiên hà thấu kính phía trước. Tám chuẩn tinh và thiên hà được căn chỉnh chính xác đến mức hiệu ứng cong vênh tạo ra bốn hình ảnh méo mó của mỗi chuẩn tinh.
Sử dụng các chương trình điện toán phức tạp và kỹ thuật tái thiết chuyên sâu, nhóm nghiên cứu sau đó so sánh mức độ biến dạng với dự đoán về cách các quasar sẽ xuất hiện mà không chịu ảnh hưởng của Dark Matter. Các phép đo này cũng được sử dụng để tính toán khối lượng của nồng độ vật chất tối, chỉ ra rằng chúng gấp 1 / 10.000 đến 1 / 100.000 lần khối lượng của quầng sáng Dark Matter của riêng Milky Way.
Ngoài việc là lần đầu tiên quan sát thấy nồng độ nhỏ, kết quả của nhóm nghiên cứu xác nhận một trong những dự đoán cơ bản của lý thuyết về Cold Cold Matter trộm. Giả thuyết này cho rằng vì Dark Matter di chuyển chậm (hay lạnh Cold), nên nó có thể tạo thành các cấu trúc từ nồng độ nhỏ đến khối lượng lớn gấp nhiều lần khối lượng của Dải Ngân hà.
Giả thuyết này cũng nói rằng tất cả các thiên hà trong Vũ trụ được hình thành trong các đám mây của Dark Matter được biết đến với tên gọi là hal haloes và trở thành nhúng trong chúng. Thay cho bằng chứng về các khối ở quy mô nhỏ, một số nhà nghiên cứu cho rằng Dark Matter thực sự có thể là loại ấm ấm - tức là di chuyển nhanh - và do đó quá nhanh để hình thành nồng độ nhỏ hơn.
Tuy nhiên, các quan sát mới đưa ra bằng chứng dứt khoát rằng lý thuyết về Cold Dark Matter và mô hình vũ trụ mà nó hỗ trợ - mô hình Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - là chính xác. Như thành viên nhóm của Giáo sư Tommaso Treu thuộc Đại học California, Los Angeles (UCLA), đã giải thích, những điều mới nhất này Hubble các quan sát mang lại những hiểu biết mới về bản chất của vật chất tối và cách nó hoạt động.
Ông đã thực hiện một thử nghiệm quan sát rất hấp dẫn cho mô hình vật chất tối lạnh và nó vượt qua với màu sắc bay, ông nói. Không thể tin được rằng sau gần 30 năm hoạt động, Hubble đang cho phép các quan điểm tiên tiến vào vật lý cơ bản và bản chất của vũ trụ mà chúng ta đã từng mơ ước khi kính viễn vọng được phóng lên.
Anna Nierenberg, một nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA, người đã lãnh đạo Hubble khảo sát, giải thích thêm:
Săn lùng nồng độ vật chất tối không có sao đã chứng tỏ thách thức. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu Hubble đã sử dụng một kỹ thuật trong đó họ không cần phải tìm kiếm ảnh hưởng của lực hấp dẫn của các ngôi sao như là vật cản của vật chất tối. Nhóm nghiên cứu đã nhắm đến tám đèn đường vũ trụ, mạnh mẽ và xa xôi, được gọi là quasar (vùng xung quanh các lỗ đen đang hoạt động phát ra lượng ánh sáng khổng lồ). Các nhà thiên văn học đã đo lường cách ánh sáng phát ra từ oxy và khí neon quay quanh mỗi quasars Lỗ đen bị biến dạng bởi lực hấp dẫn của một thiên hà tiền cảnh khổng lồ, hoạt động như một thấu kính phóng đại.
Số lượng cấu trúc nhỏ được phát hiện trong nghiên cứu cung cấp nhiều manh mối hơn về bản chất của các hạt vật chất tối vì tính chất của chúng sẽ ảnh hưởng đến số lượng hình thành khối. Tuy nhiên, loại hạt mà Dark Matter được tạo thành vẫn còn là một bí ẩn trong thời điểm hiện tại. May mắn thay, việc triển khai các kính viễn vọng không gian thế hệ tiếp theo trong tương lai gần dự kiến sẽ giúp ích trong vấn đề đó.
Chúng bao gồm Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) và Kính viễn vọng hồng ngoại trường rộng (WFIRST), cả hai đều là đài quan sát hồng ngoại dự kiến sẽ đi vào thập kỷ này. Với quang học, quang phổ kế, trường quan sát lớn và độ phân giải cao, các kính viễn vọng này sẽ có thể quan sát toàn bộ các vùng không gian bị ảnh hưởng bởi các thiên hà khổng lồ, các cụm thiên hà và các nửa tương ứng của chúng.
Điều này phải giúp các nhà thiên văn xác định bản chất thực sự của Dark Matter và các hạt cấu thành của nó trông như thế nào. Đồng thời, các nhà thiên văn học có kế hoạch sử dụng cùng các công cụ này để tìm hiểu thêm về Năng lượng tối, một bí ẩn vũ trụ học vĩ đại khác chỉ có thể được nghiên cứu gián tiếp cho đến nay. Thời gian thú vị nằm ở phía trước!
