Dark Matter đã là một điều bí ẩn kể từ lần đầu tiên được đề xuất. Ngoài việc cố gắng tìm kiếm một số bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại của nó, các nhà khoa học cũng đã dành vài thập kỷ qua để phát triển các mô hình lý thuyết để giải thích cách thức hoạt động của nó. Trong những năm gần đây, quan niệm phổ biến là Dark Matter là Cold Cold, và được phân phối thành từng cụm trên khắp Vũ trụ, một quan sát được hỗ trợ bởi dữ liệu nhiệm vụ của Planck.
Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được thực hiện bởi một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã vẽ nên một bức tranh khác. Sử dụng dữ liệu từ Khảo sát bằng Kilo (KiDS), các nhà nghiên cứu này đã nghiên cứu cách ánh sáng đến từ hàng triệu thiên hà xa xôi bị ảnh hưởng bởi ảnh hưởng của lực hấp dẫn của vật chất trên quy mô lớn nhất. Những gì họ tìm thấy là Dark Matter dường như được phân phối trơn tru hơn trong không gian so với suy nghĩ trước đây.
Trong năm năm qua, cuộc khảo sát KiDS đã sử dụng Kính thiên văn khảo sát VLT (VST) - kính viễn vọng lớn nhất tại Đài thiên văn Paranal ESO, La Silla ở Chile - để khảo sát 1500 độ vuông của bầu trời đêm phía nam. Thể tích không gian này đã được theo dõi trong bốn dải (UV, IR, xanh lá cây và đỏ) bằng cách sử dụng thấu kính hấp dẫn yếu và đo độ dịch chuyển đỏ.
Phù hợp với Lý thuyết Einstein Einstein về Thuyết tương đối rộng, thấu kính hấp dẫn liên quan đến việc nghiên cứu cách trường hấp dẫn của một vật thể lớn sẽ bẻ cong ánh sáng. Trong khi đó, các dịch chuyển đỏ cố gắng đánh giá tốc độ mà các thiên hà khác đang di chuyển ra xa chúng ta bằng cách đo mức độ ánh sáng của chúng bị dịch chuyển về phía đầu đỏ của quang phổ (tức là bước sóng của nó càng dài thì nguồn phát ra càng nhanh).
Thấu kính hấp dẫn đặc biệt hữu ích khi xác định vũ trụ hình thành như thế nào. Mô hình vũ trụ hiện tại của chúng tôi, được gọi là mô hình Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), nói rằng Năng lượng tối chịu trách nhiệm cho sự tăng tốc muộn trong quá trình mở rộng của Vũ trụ và Dark Matter được tạo thành từ các hạt lớn chịu trách nhiệm cho sự hình thành cấu trúc vũ trụ.
Sử dụng một biến thể nhỏ của kỹ thuật này được gọi là tuyệt đối vũ trụ, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu ánh sáng từ các thiên hà xa xôi để xác định nó bị biến dạng như thế nào bởi sự hiện diện của các cấu trúc lớn nhất trong Vũ trụ (như siêu đám mây và dây tóc). Như Tiến sĩ Hendrik Hildebrandt - một nhà thiên văn học của Viện Thiên văn học Argelander (AIfA) và là tác giả chính của bài báo - đã nói với Tạp chí Vũ trụ qua email:
Thông thường người ta nghĩ về một khối lớn như cụm thiên hà gây ra sự lệch hướng ánh sáng này. Nhưng cũng có vấn đề trên toàn vũ trụ. Ánh sáng từ các thiên hà xa xôi liên tục bị lệch hướng bởi cái gọi là cấu trúc quy mô lớn này. Điều này dẫn đến các thiên hà nằm gần trên bầu trời để được chỉ vào điểm cùng hướng. Nó có hiệu ứng rất nhỏ nhưng nó có thể được đo bằng các phương pháp thống kê từ các mẫu thiên hà lớn. Khi chúng ta đo được các thiên hà mạnh như thế nào, thì Point chỉ theo hướng mà chúng ta có thể suy ra từ tính chất thống kê này của cấu trúc quy mô lớn, ví dụ: mật độ vật chất trung bình và mức độ mạnh của vật chất bị vón cục / co cụm.
Sử dụng kỹ thuật này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích 450 độ vuông dữ liệu KiDS, tương ứng với khoảng 1% toàn bộ bầu trời. Trong khối không gian này, người ta quan sát thấy ánh sáng đến từ khoảng 15 triệu thiên hà tương tác với tất cả các vật chất nằm giữa chúng và Trái đất.
Kết hợp các hình ảnh cực kỳ sắc nét thu được từ VST với phần mềm máy tính tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã có thể thực hiện một trong những phép đo chính xác nhất từng được thực hiện từ cắt vũ trụ. Điều thú vị là, kết quả không phù hợp với những kết quả được tạo ra bởi nhiệm vụ ESA Lảng Planck, vốn là người lập bản đồ toàn diện nhất của Vũ trụ cho đến nay.
Nhiệm vụ Planck đã cung cấp một số thông tin chi tiết và chính xác tuyệt vời về Nền vi sóng vũ trụ (CMB). Điều này đã giúp các nhà thiên văn học lập bản đồ Vũ trụ sơ khai, cũng như phát triển các lý thuyết về cách vật chất được phân phối trong giai đoạn này. Như Hildebrandt đã giải thích:
Cày Planck đo nhiều thông số vũ trụ với độ chính xác tinh tế từ sự dao động nhiệt độ của nền vi sóng vũ trụ, tức là các quá trình vật lý đã xảy ra 400.000 năm sau Vụ nổ lớn. Hai trong số các tham số đó là mật độ vật chất trung bình của Vũ trụ và là thước đo mức độ mạnh của vật chất này. Với sự cắt giảm vũ trụ, chúng ta cũng đo được hai thông số này nhưng thời gian vũ trụ muộn hơn nhiều (vài tỷ năm trước hoặc ~ 10 tỷ năm sau Vụ nổ lớn), tức là trong quá khứ gần đây của chúng ta.
Tuy nhiên, Hildebrandt và nhóm của ông đã tìm thấy các giá trị cho các tham số này thấp hơn đáng kể so với các thông số được tìm thấy bởi Planck. Về cơ bản, kết quả cắt vũ trụ của họ cho thấy rằng có ít vật chất hơn trong Vũ trụ và nó ít bị co cụm hơn so với kết quả Planck dự đoán. Những kết quả này có thể có tác động đến các nghiên cứu vũ trụ và vật lý lý thuyết trong những năm tới.
Như hiện tại, Dark Matter vẫn không bị phát hiện khi sử dụng các phương thức tiêu chuẩn. Giống như các lỗ đen, sự tồn tại của nó chỉ có thể được suy ra từ các tác động hấp dẫn có thể quan sát được của nó đối với vật chất nhìn thấy được. Trong trường hợp này, sự hiện diện và bản chất cơ bản của nó được đo lường bằng cách nó đã ảnh hưởng đến sự phát triển của Vũ trụ trong 13,8 tỷ năm qua. Nhưng vì kết quả có vẻ mâu thuẫn, các nhà thiên văn học giờ đây có thể phải xem xét lại một số quan niệm trước đây của họ.
Có một số lựa chọn: vì chúng ta không hiểu các thành phần chính của Vũ trụ (vật chất tối và năng lượng tối), chúng ta có thể chơi với các thuộc tính của cả hai, ông Hildebrandt nói. Ví dụ, các dạng năng lượng tối khác nhau (phức tạp hơn khả năng đơn giản nhất là hằng số vũ trụ học Einstein Einstein) có thể giải thích các phép đo của chúng ta. Một khả năng thú vị khác là đây là một dấu hiệu cho thấy định luật hấp dẫn trên quy mô của Vũ trụ khác với Thuyết tương đối rộng. Tất cả những gì chúng ta có thể nói bây giờ là một cái gì đó dường như không hoàn toàn đúng!
