Tầm nhìn bị biến dạng của nền vi sóng vũ trụ - ánh sáng có thể phát hiện sớm nhất - cho phép các nhà thiên văn học lập bản đồ tổng lượng vật chất hữu hình và vô hình trong toàn vũ trụ.
Khoảng 85 phần trăm của tất cả các vật chất trong vũ trụ là vật chất tối, vô hình ngay cả những kính viễn vọng mạnh nhất, nhưng có thể phát hiện được nhờ lực hấp dẫn của nó.
Để tìm ra vật chất tối, các nhà thiên văn học tìm kiếm một hiệu ứng gọi là thấu kính hấp dẫn: khi lực hấp dẫn của vật chất tối uốn cong và khuếch đại ánh sáng từ một vật ở xa hơn. Ở dạng lập dị nhất, nó tạo ra nhiều hình ảnh hình vòng cung của các vật thể vũ trụ ở xa.
Nhưng có một cảnh báo ở đây: để phát hiện vật chất tối phải có một vật thể ngay phía sau nó. ’Ngôi sao phải được căn chỉnh.
Trong một nghiên cứu gần đây do Tiến sĩ James Geach thuộc Đại học Hertfordshire ở Vương quốc Anh dẫn đầu, các nhà thiên văn học đã để mắt đến nền vi sóng vũ trụ (CMB).
CMB là ánh sáng xa nhất / lâu đời nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy, tiến sĩ Geach nói với Tạp chí Không gian. Có thể coi đó là một bề mặt, chiếu sáng toàn bộ vũ trụ.
Các photon từ CMB đã lao về Trái đất kể từ khi vũ trụ chỉ còn 380.000 năm tuổi. Một photon đơn lẻ đã có cơ hội gặp nhiều vật chất, đã thăm dò hiệu quả tất cả các vật chất trong vũ trụ dọc theo tầm nhìn của nó.
Vì vậy, quan điểm của chúng tôi về CMB là một chút méo mó so với bản chất của nó - trông giống như nhìn vào mô hình dưới đáy của một bể bơi, tiến sĩ Geach nói.
Bằng cách lưu ý các biến dạng nhỏ trong CMB, chúng ta có thể thăm dò tất cả các vật chất tối trong toàn bộ vũ trụ. Nhưng làm điều này là vô cùng thách thức.
Nhóm nghiên cứu đã quan sát bầu trời phía nam bằng Kính viễn vọng Nam Cực, một kính viễn vọng 10 mét được thiết kế để quan sát trong lò vi sóng. Cuộc khảo sát lớn, đột phá này đã tạo ra một bản đồ CMB về bầu trời phía nam, phù hợp với dữ liệu CMB trước đó từ vệ tinh Planck.
Các chữ ký đặc trưng của thấu kính hấp dẫn bằng vật chất can thiệp không thể được trích xuất bằng mắt. Các nhà thiên văn học đã dựa vào việc sử dụng một quy trình toán học được phát triển tốt. Chúng tôi sẽ không đi vào các chi tiết khó chịu.
Điều này tạo ra một bản đồ có tổng mật độ dự kiến giữa chúng tôi và CMB. Điều đó thật khó tin nếu bạn nghĩ về nó - đó là một kỹ thuật quan sát để lập bản đồ tất cả khối lượng trong vũ trụ, quay lại CMB, tiến sĩ Geach giải thích.
Nhưng nhóm đã không hoàn thành phân tích của họ ở đó. Thay vào đó, họ tiếp tục đo thấu kính CMB tại các vị trí của các quasar - các lỗ đen siêu lớn mạnh mẽ ở trung tâm của các thiên hà sớm nhất.
Chúng tôi thấy rằng các vùng trên bầu trời có mật độ quasar mật độ lớn có tín hiệu thấu kính CMB mạnh hơn rõ ràng, ngụ ý rằng các quasar thực sự nằm trong các cấu trúc vật chất quy mô lớn, Tiến sĩ Ryan Hickox của Đại học Dartmouth - tác giả thứ hai của nghiên cứu - nói với Tạp chí Vũ trụ.
Cuối cùng, bản đồ CMB đã được sử dụng để xác định khối lượng của các quầng sáng vật chất tối này. Những kết quả này phù hợp với những kết quả được xác định trong các nghiên cứu cũ, xem xét cách các quasar tụ lại trong không gian, không có tham chiếu nào đến CMB cả.
Kết quả thống nhất giữa hai phép đo độc lập là một công cụ khoa học mạnh mẽ. Theo Tiến sĩ Hickox, điều đó cho thấy rằng chúng ta có một sự hiểu biết mạnh mẽ về cách các lỗ đen siêu lớn cư trú trong các cấu trúc quy mô lớn, và điều đó (một lần nữa) Einstein đã đúng.
Bài viết đã được chấp nhận để xuất bản trong Tạp chí Vật lý thiên văn và có sẵn để tải về tại đây.
