Vật chất tối, dường như, đã bám vào các thiên hà trong một thời gian rất dài. Hầu hết các thiên hà tồn tại 10 tỷ năm trước có nhiều vật chất tối như các thiên hà ngày nay, mâu thuẫn với các nghiên cứu trước đây cho thấy vật chất tối ít hơn ẩn giấu xung quanh các thiên hà trong vũ trụ sơ khai.
"Vật chất tối tương tự rất nhiều trong các thiên hà hình thành sao trong quá khứ xa xôi như thời nay.,"Alfred Tiley, một nhà thiên văn học tại Đại học Durham ở Anh và là tác giả chính của nghiên cứu mới cho biết. Nghiên cứu gần đây đã được gửi tới tạp chí Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia và được công bố vào ngày 16 tháng 11 trên tạp chí in trước arXiv." Hoàn toàn bất ngờ, nhưng trong thực tế, chúng tôi không biết liệu thực tế quan sát có phù hợp với kỳ vọng từ lý thuyết hay không. "
Vật chất tối chiếm khoảng 85% tổng khối lượng trong vũ trụ mà chúng ta biết, nhưng chất bí ẩn không tương tác với ánh sáng, khiến các nhà khoa học chìm trong bóng tối về bản chất chính xác của nó. Vì vậy, thay vì xem nó, các nhà thiên văn học phải dựa vào lực hấp dẫn của vật chất tối đối với vật chất bình thường, gọi là vật chất baryonic, tạo nên các ngôi sao, tinh vân và hành tinh mà chúng ta nhìn thấy trên bầu trời đêm, cũng như tất cả các cây, đá và con người trên trái đất.
Vật chất tối có xu hướng tụ lại thành quầng sáng quanh các thiên hà; Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra điều này bằng cách đo các thiên hà quay nhanh như thế nào. Theo định luật hấp dẫn của Newton, các ngôi sao ở vùng ngoại ô của một thiên hà sẽ quay chậm hơn nhiều so với những ngôi sao ở trung tâm. Nhưng vào những năm 1960, các nhà thiên văn học đã tìm thấy những ngôi sao ngoại ô tốc độ ở rìa dải Ngân hà, ám chỉ những vật chất phụ ẩn giấu bên ngoài quỹ đạo thiên hà của những ngôi sao đó.
Các nghiên cứu đã đo hàng ngàn tốc độ quay trên toàn vũ trụ, xác nhận sự hiện diện của các quầng sáng vật chất tối này.
Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu từ hai cuộc khảo sát 1.500 thiên hà hình thành sao để tính tốc độ quay của các thiên hà trong 10 tỷ năm trước. Đo chính xác sự quay của thiên hà xa trong quá khứ vũ trụ là khó khăn, bởi vì những thiên hà cổ đại này rất xa và mờ nhạt. Vì vậy, các nhà khoa học ước tính trung bình bằng cách thu hẹp các thiên hà theo khoảng cách và sau đó kết hợp ánh sáng của chúng.
"Ước tính của chúng tôi về lượng vật chất tối trong các thiên hà là trung bình cho toàn bộ dân số ở mỗi thời đại", Tiley nói với Live Science. "Lượng vật chất tối trong các thiên hà riêng lẻ có thể thay đổi đáng kể."
Tính toán khối lượng và mật độ thiên hà, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy lượng vật chất tối tương đương với các thiên hà tồn tại từ lâu trong quá khứ vũ trụ của chúng ta cũng như các thiên hà trong vũ trụ địa phương của chúng ta.
Nhưng không phải ai cũng hoàn toàn bị thuyết phục. Các phát hiện mâu thuẫn với các nghiên cứu trước đây cho thấy các thiên hà trong vũ trụ sơ khai có ít vật chất tối hơn các thiên hà trẻ hơn. Những nghiên cứu này đã xem xét các thiên hà riêng lẻ lớn hơn nhiều và sử dụng một mô hình khác để suy ra lượng vật chất tối.
"Chỉ sử dụng một trong bốn phương pháp độc lập mà chúng tôi đã sử dụng để đưa ra kết luận của mình", Reinhard Genzel, tác giả chính của một trong những nghiên cứu trước đây và là nhà thiên văn học tại Viện Vật lý ngoài Trái đất Max Planck ở Garched, Đức, nói với Live Science.
Tiley nhận thấy rằng kết quả của nhóm mình phụ thuộc rất nhiều vào mô hình mà họ sử dụng. Cuối cùng, ông đã chọn sử dụng một mô hình mà ông và các đồng nghiệp của mình thấy là đại diện nhiều hơn cho các thiên hà có khối lượng thấp, các nhà khoa học tin rằng chiếm ưu thế ở thời kỳ đầu.
Mô phỏng máy tính cho thấy các thiên hà có khối lượng rất lớn, giống như các thiên hà được nghiên cứu bởi Genzel, rất hiếm trong vũ trụ xa xôi. Tiley nói với Live Science: "Kết quả có vẻ như áp dụng cho các thiên hà rất lớn ở thời điểm xa xôi này nhưng có thể không đại diện cho các thiên hà có khối lượng sao tương đối thấp hơn, giống như những thiên hà mà chúng ta đã nghiên cứu trong công trình của mình".
Các kết quả mới phù hợp với những gì được mong đợi từ mô hình vật chất "lambda lạnh tối" đang thịnh hành mô tả vũ trụ của chúng ta. Mô hình này giải thích cách thức vũ trụ được cấu trúc và tại sao nó đang mở rộng với tốc độ nhanh hơn bao giờ hết.
