Vật chất tối, chất bí ẩn chiếm một phần tư khối lượng và năng lượng của vũ trụ, có thể được tạo ra từ các hạt cực nhỏ và nhẹ, nghiên cứu mới cho thấy. Dạng vật chất tối mờ nhạt này - được gọi là bởi vì các bước sóng của các hạt cực nhỏ này sẽ bị vấy bẩn trên một khu vực khổng lồ khổng lồ - sẽ làm thay đổi tiến trình của lịch sử vũ trụ và tạo ra các sợi dài và khôn ngoan thay vì các thiên hà vón cục trong vũ trụ sơ khai, theo mô phỏng.
Những phát hiện có hậu quả quan sát - kính viễn vọng sắp tới sẽ có thể nhìn lại khoảng thời gian đầu này và có khả năng phân biệt giữa các loại vật chất tối khác nhau, cho phép các nhà vật lý hiểu rõ hơn về tính chất của nó.
Vật chất tối là một chất khổng lồ chưa biết được tìm thấy trên khắp vũ trụ. Nó không phát ra ánh sáng - do đó gọi là vật chất tối - nhưng hiệu ứng hấp dẫn của nó giúp liên kết các cụm thiên hà lại với nhau và khiến các ngôi sao ở rìa các thiên hà quay nhanh hơn so với những gì khác. Nhiều nhà khoa học tin rằng hầu hết vật chất tối là lạnh, có nghĩa là nó di chuyển tương đối chậm. Nhưng có những ý tưởng hoàn toàn khác nhau, chẳng hạn như khả năng nó nhỏ bé và mờ nhạt, có nghĩa là nó sẽ di chuyển nhanh chóng vì nó rất nhẹ.
"Mô phỏng của chúng tôi cho thấy các thiên hà và ngôi sao đầu tiên hình thành trông rất khác nhau trong một vũ trụ có vật chất tối mờ hơn vũ trụ có vật chất tối lạnh", Lachlan Lancaster, một sinh viên tốt nghiệp vật lý thiên văn tại Đại học Princeton và đồng tác giả của một bài báo mới trong tạp chí Vật lý Đánh giá, nói với Live Science.
Lancaster giải thích rằng những suy đoán phổ biến nhất về vật chất tối cho thấy nó bao gồm các hạt lớn tương tác yếu (WIMP), sẽ có khối lượng gấp vài chục hoặc hàng trăm lần khối lượng của một proton. Các mô phỏng sử dụng loại vật chất tối này cực kỳ tốt trong việc tái tạo cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ, bao gồm các khoảng trống rộng lớn của không gian trống được bao quanh bởi các sợi khí và bụi dài, hình thành được gọi là mạng vũ trụ. Nhưng ở quy mô nhỏ hơn, các mô hình như vậy chứa một số khác biệt so với những gì các nhà thiên văn học quan sát được bằng kính viễn vọng của họ. Theo quan điểm tiêu chuẩn này, vật chất tối sẽ chồng chất ở trung tâm các thiên hà, nhưng không ai thấy nó làm như vậy.
Theo một tuyên bố từ MIT, ngược lại, vật chất tối mờ, ngược lại, sẽ rất nhẹ, có lẽ là một phần tỷ của một phần tỷ của một phần tỷ khối lượng của một electron, theo một tuyên bố từ MIT. Cơ học lượng tử nói rằng các hạt cũng có thể được coi là sóng, với bước sóng tỷ lệ nghịch với khối lượng của chúng, Lancaster nói. Vì vậy, bước sóng của một hạt ánh sáng như vậy sẽ dài hàng ngàn năm ánh sáng.
Do đó, vật chất tối mờ sẽ khó kết hợp với nhau hơn vật chất tối WIMP lạnh. Trong các mô phỏng, Lancaster và các đồng tác giả đã chỉ ra rằng một vũ trụ vật chất tối lạnh lẽo sẽ có các thiên hà hình thành tương đối nhanh chóng từ các quầng hình cầu.
Nhưng vật chất tối mờ thay vào đó sẽ kết hợp thành những chuỗi vật chất dài và khôn ngoan - "những sợi tơ khổng lồ hơn các thiên hà vón cục", Lancaster nói - và các thiên hà sau đó sẽ được sinh ra lớn hơn và muộn hơn. Vật chất tối cũng sẽ khó khăn hơn trong việc chồng chất ở trung tâm các thiên hà, có khả năng giải thích tại sao các nhà thiên văn học không quan sát sự vón cục này khi họ nhìn vào các thiên hà.
Các thiết bị như Kính thiên văn Khảo sát khái quát lớn (LSST) ở Chile và kính viễn vọng loại 30 mét đang được chế tạo trên khắp thế giới sẽ sớm có thể quay trở lại một số ngày đầu của vũ trụ. Họ dự kiến sẽ bắt đầu lấy dữ liệu trong thập kỷ tới, điều đó có nghĩa là "chúng ta sẽ bắt đầu thấy tác động của vật chất tối mờ hoặc bắt đầu loại bỏ chúng", Lancaster nói.
Mặc dù các nhà nghiên cứu khác đã suy đoán về vật chất tối mờ, các mô phỏng mới thực hiện công việc cẩn thận hơn để tìm ra các hiệu ứng vũ trụ của nó, Jeremiah Ostriker, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Columbia, người không tham gia vào công việc cho biết.
"Điều này giúp phác thảo chi tiết về sự hình thành cấu trúc trong lý thuyết biến thể này", OStriker nói thêm. "Và đó là một trong những lý thuyết biến thể thú vị nhất xung quanh."
Lancaster cho biết các mô phỏng trong tương lai của nhóm của ông có thể tập trung vào việc nắm bắt nhiều chi tiết hơn về các hiệu ứng vật chất tối mờ, có khả năng mang đến cho các nhà thiên văn học một ý tưởng tốt hơn về những gì họ có thể mong đợi để nhìn qua kính viễn vọng.
- 18 bí ẩn lớn nhất chưa được giải quyết trong vật lý
- 12 vật thể lạ nhất trong vũ trụ
- Người giữ kỷ lục vũ trụ: 12 vật thể lớn nhất trong vũ trụ
