Các nhà vật lý từ lâu đã tìm cách giải phóng vật chất tối và có cái nhìn thực tế về chất bí ẩn tạo nên một phần tư vũ trụ. Một ý tưởng cho những gì ẩn dưới áo choàng tàng hình? Nhiều hạt nhỏ, mờ hoạt động giống như một hạt khổng lồ.
Nhưng cuộc săn lùng gần đây nhất cho các hạt mờ, siêu nhẹ như vậy, được công bố vào ngày 28 tháng 2 trên Tạp chí Vũ trụ học và Vật lý hạt nhân, đã ra về tay không.
Kết quả cho thấy rằng nếu vật chất tối thực sự được tạo ra từ các hạt cực nhỏ này, thì nó khó nắm bắt như tên gọi của nó và hầu như không tương tác với vật chất thông thường.
Trái tim đen tối
Vật chất tối là một trong những bí mật được giữ kín nhất của vũ trụ. Các vật chất không tương tác với ánh sáng, nhưng gây ra lực hấp dẫn đối với các vấn đề khác. Mặc dù nó chiếm khoảng một phần tư khối lượng và năng lượng trong vũ trụ, các nhà khoa học dường như không thể tìm thấy nó, hoặc thậm chí tìm ra nó được tạo ra từ cái gì.
Nhiều nhà khoa học suy đoán rằng vật chất tối có thể bao gồm các hạt lớn tương tác yếu, WIMP. Nhưng các lý thuyết WIMP xuất hiện ngắn theo nhiều cách. Ví dụ, các hạt này sẽ gây ra các cấu trúc nhỏ trong mạng lưới các thiên hà mà các nhà thiên văn học chưa từng thấy. Vì vậy, thay vào đó, một số nhà khoa học đang tìm kiếm một hướng khác cho vật chất tối - đối với các hạt siêu nhẹ.
Trong khi có nhiều ý tưởng về vật chất tối có thể là gì, không ai trong số họ có nhiều bằng chứng hỗ trợ, ông Serge Troitsky, đồng tác giả của bài báo và là nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu hạt nhân thuộc Viện hàn lâm khoa học Nga cho biết. "Vì vậy, người ta cần phải xem xét, nghiên cứu và loại trừ tất cả các khả năng từng cái một."
Một số lý thuyết về siêu nhẹ, còn được gọi là vật chất tối, mờ, đề xuất một hạt nhẹ hơn khoảng 10 ^ 28 lần so với điện tử. Vật chất tối "mờ" này được đặt tên như vậy bởi vì khối lượng thấp của nó có nghĩa là nó hoạt động giống như một hạt bị mờ ranh giới hơn một làn sóng. Nghiên cứu mới đã thử nghiệm một cách để tìm kiếm các loại hạt này dưới ánh sáng từ các thiên hà hoạt động.
Vì vật chất tối chiếm một phần lớn của vũ trụ, nếu nó được tạo thành từ các hạt siêu nhẹ, thì phải có rất nhiều trong số chúng. Thực tế, rất nhiều người sẽ tồn tại ở một trạng thái duy nhất, như trường hoặc ngưng tụ Bose-Einstein - trạng thái mà các hạt, thường ở nhiệt độ cực lạnh, kết tụ lại với nhau và hoạt động cố kết như một. Trong khi các hạt vật chất tối riêng lẻ không tương tác với ánh sáng - đó là lý do tại sao các nhà khoa học phải vật lộn để tìm thấy chúng - trên quy mô lớn, thì trường sẽ có tác động rõ rệt đến sự phân cực hoặc định hướng của ánh sáng khi nó ngọ nguậy trong không gian. Điều này sẽ xảy ra khi mật độ của trường thường xuyên dao động, có hiệu lực thay đổi cách ánh sáng đi qua khu vực.
Lý thuyết cho rằng hiệu ứng này có thể được nhìn thấy trong một vùng vật chất tối ít nhất là 325 năm ánh sáng. Tốc độ dao động của trường phụ thuộc trực tiếp vào khối lượng của các hạt vật chất tối siêu nhẹ, vì vậy bằng cách nhìn thấy hiệu ứng này, các nhà khoa học hy vọng họ có thể đo được khối lượng vật chất tối.
Để tìm kiếm những thay đổi trong sự phân cực ánh sáng do các trường vật chất tối siêu nhẹ, các nhà khoa học đã xem xét dữ liệu lưu trữ từ Very Long Baseline Array, một kính viễn vọng vô tuyến gồm các kính viễn vọng 10 (82 feet) hoạt động từ Socorro, New Mexico. Họ tập trung vào ánh sáng từ trái tim của 30 thiên hà, chúng phun ra một lượng lớn vật chất trong các máy bay phản lực có thể kéo dài hàng trăm năm ánh sáng. Ánh sáng từ các thiên hà này bị phân cực cao và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng, vì vậy dữ liệu lưu trữ dài hạn về chúng đã có sẵn.
"Chúng tôi thường sử dụng dữ liệu vật lý thiên văn từ các bài báo được xuất bản hoặc cơ sở dữ liệu công khai để hạn chế các thuộc tính của các hạt cơ bản", Troitsky nói với Live Science. "Nhưng lần này chúng tôi đã liên lạc với các nhà thiên văn vô tuyến đồng nghiệp của mình và họ đã đào dữ liệu của riêng họ, cẩn thận chọn loạt quan sát chỉ cho nhiệm vụ của chúng tôi."
Phân tích hai thập kỷ dữ liệu, các nhà khoa học tìm thấy rất nhiều dao động, nhưng không phải là loại họ đang tìm kiếm. Các hạt nhân thiên hà hoạt động thường xung mà không có tần số thường xuyên. Nhưng các dao động từ vật chất tối siêu nhẹ sẽ xảy ra với cùng một khoảng thời gian giữa các dao động.
Cuối cùng, các nhà khoa học không thấy bất kỳ dấu hiệu nào của vật chất tối siêu nhẹ, ít nhất là ở các loại khối lượng có thể giải thích việc thiếu các cấu trúc nhỏ được tìm thấy trong mạng lưới các thiên hà. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là chúng hoàn toàn không tồn tại.
"Không có gì đảm bảo rằng một hạt vật chất tối có bất kì "tương tác với thế giới hữu hình bên cạnh lực hấp dẫn", Troitsky nói. "Sẽ rất khó để khám phá ra một hạt như vậy với một khối lượng và không có tương tác nào khác, mặc dù đó thực sự là một trong những lựa chọn đơn giản nhất để giải thích vật chất tối."
Trong khi nghiên cứu mới có thể làm cho vật chất tối siêu nhẹ thông thường trở nên khó xảy ra, các nhà nghiên cứu không sẵn sàng loại trừ nó.
"Điều duy nhất chúng ta biết chắc chắn về vật chất tối là nó nằm ngoài vật lý hạt đã biết", Rennan Barkana, nhà thiên văn học tại Đại học Tel Aviv, Israel, người không tham gia nghiên cứu cho biết. "Vì vậy, cho đến khi chúng tôi có bằng chứng quan sát thuyết phục về bản chất của vật chất tối, chúng tôi nên cẩn thận về những phỏng đoán và suy đoán, và giữ một tâm trí cởi mở."
