Theo một nghiên cứu mới, vật chất tối, thứ được giả thuyết chiếm khoảng một phần tư vũ trụ dường như không tương tác với ánh sáng, có thể có một điện tích nhỏ, theo một nghiên cứu mới.
Cho đến nay, vật chất tối đã làm cho sự hiện diện của nó chỉ được biết đến thông qua trọng lực, bằng cách kéo theo các ngôi sao và thiên hà. Nhưng bây giờ, các nhà vật lý thiên văn Julian Muñoz và Abraham Loeb của Đại học Harvard cho rằng một phần nhỏ các hạt vật chất tối có thể có một điện tích nhỏ - có nghĩa là vật chất tối có thể tương tác với vật chất bình thường thông qua lực điện từ.
Nếu đúng, ý tưởng này không chỉ đại diện cho một bước tiến lớn trong việc tìm hiểu vật chất tối mà còn giải thích một bí ẩn gần đây đang làm các nhà vũ trụ học bối rối.
Tò mò làm mát
Vào tháng 2, các nhà thiên văn học đã công bố phát hiện đầu tiên về tín hiệu khó nắm bắt từ khí hydro từ buổi bình minh vũ trụ, khoảng thời gian khoảng 180 triệu năm sau Vụ nổ lớn khi những ngôi sao đầu tiên bắt đầu tỏa sáng. Vào thời điểm này, khí hydro nổi giữa các ngôi sao lạnh hơn - lạnh hơn so với nền vi sóng vũ trụ, bức xạ còn sót lại từ Vụ nổ lớn đang tắm vũ trụ.
Bởi vì hydro mát hơn so với hào quang này, khí hấp thụ bức xạ - đặc biệt là bức xạ có bước sóng 21 cm (8,3 inch). Bằng cách đo sự hấp thụ bức xạ của hydro, các nhà thiên văn học có thể hiểu rõ hơn về bình minh vũ trụ, một kỷ nguyên tương đối xa lạ của lịch sử vũ trụ. Sử dụng ăng-ten radio ở Tây Úc được gọi là Thí nghiệm để phát hiện Kỷ nguyên tái phát toàn cầu (EDGES), một nhóm các nhà thiên văn học đã lần đầu tiên phát hiện ra sự hấp thụ này.
"Đây chính là một khám phá khoa học tuyệt vời", Muñoz nói với Live Science. Nhưng hơn thế nữa, các nhà thiên văn học nhận thấy rằng số lượng photon được hấp thụ bởi hydro gấp đôi so với dự kiến. Để khí hấp thụ quá nhiều bức xạ, nó sẽ phải mát hơn cả các nhà khoa học nghĩ.
Muñoz và Loeb đề xuất rằng vật chất tối có thể là thủ phạm cho sự hạ nhiệt gây tò mò. Trong một bài báo xuất bản ngày 30 tháng 5 trên tạp chí Nature, họ đã phát hiện ra rằng nếu ít hơn 1% vật chất tối có khoảng một phần triệu điện tích của một electron, thì vật chất khó nắm bắt này có thể hút nhiệt từ hydro - tương tự như cách đá viên làm mát nước chanh của bạn. "Băng, ở đây, là vật chất tối", Muñoz nói.
Ý tưởng của họ không hoàn toàn mới. Nhiều thập kỷ trước, các nhà vật lý đã đề xuất rằng các hạt vật chất tối có thể có điện tích.
Và đó không phải là lời giải thích duy nhất cho việc làm mát này. Trong một bài báo ngày 1 tháng 3 trên tạp chí Nature, Rennan Barkana, nhà vũ trụ học tại Đại học Tel Aviv, Israel, đã đề xuất rằng một dạng vật chất tối tổng quát hơn, không nhất thiết phải có điện tích, có thể làm mát vật chất bình thường và giải thích dữ liệu EDGES .
Cả hai đề xuất vật chất tối đều đưa ra dự đoán tương tự, Barkana, người không tham gia vào nghiên cứu hiện tại cho biết.
"Đây là thời gian cho sự lạc quan thận trọng và giữ một tâm trí cởi mở, về cả quan sát vô tuyến và giải thích," Barkana nói với Live Science.
Hàng tá ý tưởng
Vật chất tối chỉ là một trong hàng tá ý tưởng được đề xuất để giải thích sự bất thường. Ví dụ, thay vì khí lạnh hơn, bức xạ nền có thể nóng hơn dự kiến, với một số quy trình kỳ lạ tạo ra nhiều bức xạ vẫn chưa được tính đến. Hoặc, đơn giản là có thể có lỗi trong phân tích hoặc đo lường.
Thật vậy, quan sát EDGES là lần đầu tiên của loại hình này và mặc dù nhóm nghiên cứu đã mất hai năm để kiểm tra và kiểm tra lại phân tích, các nhà nghiên cứu sẽ cần nhiều dữ liệu hơn để xác nhận kết quả khó hiểu.
"Nếu EDGES là chính xác, tôi không nghĩ có bất kỳ lời giải thích thông thường nào hấp dẫn", Steven Furlanetto, nhà vật lý thiên văn tại Đại học California, Los Angeles, người không tham gia nghiên cứu cho biết. "Bạn thực sự cần phải đi đến một trong những kịch bản vật lý phi tiêu chuẩn này, và trong trường hợp đó, tôi nghĩ nó rộng mở."
Muñoz, tuy nhiên, là một phần của lời giải thích vật chất tối. "Nếu EDGES thực sự đúng, có vẻ như rất khó để điều này không phải là kết quả của vật chất tối", ông nói.
Một số công cụ trên khắp thế giới đã sẵn sàng để quan sát chi tiết hơn. Không giống như EDGES, một số thí nghiệm, như kính viễn vọng vô tuyến ở Nam Phi được gọi là Hydrogen Epoch of Reionization Array, sẽ có thể đo được mức độ hấp thụ thay đổi trên bầu trời. Nếu một phần nhỏ vật chất tối được tích điện như Muñoz và Loeb nói, thì nó sẽ tạo ra một mô hình riêng biệt trong biến thể này - cung cấp một bài kiểm tra quan trọng cho vật chất tối tích điện.
