Ánh sáng mờ ảo trong Dải Ngân hà có thể là dấu chân của vật chất tối

“Có thể chúng ta sẽ xem dữ liệu mới và xác nhận một lý thuyết này hơn lý thuyết kia – hoặc có lẽ chúng ta sẽ không tìm thấy gì cả, trong trường hợp đó, nó sẽ là một bí ẩn thậm chí còn lớn hơn cần giải đáp.”

Bí ẩn hàng thế kỷ về vật chất tối – loại keo vô hình được cho là giữ các thiên hà lại với nhau – vừa có thêm một manh mối hiện đại.

Các nhà khoa học cho biết họ có thể đang tiến thêm một bước nữa để xác nhận sự tồn tại của vật chất khó nắm bắt này, nhờ vào các mô phỏng mới cho thấy ánh sáng mờ ảo ở trung tâm Dải Ngân hà có thể là dấu hiệu được tìm kiếm từ lâu của vật chất tối.

“Rất khó để chứng minh điều đó, nhưng có vẻ như rất có khả năng” Moorits Muru thuộc Viện Vật lý thiên văn Leibniz Potsdam ở Đức, người đứng đầu nghiên cứu mới, nói với Space.com.

Vật chất tối, chiếm khoảng 27% vật chất trong vũ trụ, vẫn là một trong những câu đố lớn nhất trong vũ trụ học. Nó không hấp thụ hay phản xạ ánh sáng, khiến nó hoàn toàn vô hình trước các kính thiên văn. Bất chấp nhiều thập kỷ thí nghiệm, từ các máy dò hạt dưới lòng đất đến các đài quan sát không gian trên quỹ đạo, các nhà khoa học chưa bao giờ trực tiếp phát hiện ra nó.

Tuy nhiên, giờ đây, các mô phỏng máy tính mới từ nhóm của Muru có thể đã đưa chúng ta tiến thêm một bước nữa trong việc giải mã bí ẩn này. Các phát hiện cho thấy vật chất tối gần trung tâm Dải Ngân hà có thể không tạo thành một hình cầu hoàn hảo như các nhà khoa học đã nghĩ từ lâu. Thay vào đó, nó có vẻ dẹt, gần giống hình quả trứng, và hình dạng đó phản chiếu chặt chẽ mô hình của các tia gamma bí ẩn được quan sát bởi Kính viễn vọng Không gian Tia gamma Fermi của NASA.

Điều này được xây dựng dựa trên nghiên cứu từ năm 2008, khi Fermi lần đầu tiên phát hiện ra một vầng sáng mờ, rộng của ánh sáng năng lượng cao gần lõi thiên hà, trải dài khoảng 7.000 năm ánh sáng. Tín hiệu này sáng hơn nhiều so với các mô hình hiện có có thể giải thích.

Một số nhà khoa học cho rằng những tia này có thể là sản phẩm phụ của các hạt vật chất tối vô hình được gọi là WIMP (viết tắt của các hạt nặng tương tác yếu) va chạm và hủy diệt lẫn nhau. Những người khác cho rằng chúng đến từ các tàn dư sao quay nhanh được gọi là sao xung mili giây – các sao neutron cổ, quay nhanh, phát ra các chùm bức xạ như những ngọn hải đăng vũ trụ.

Lý thuyết về sao xung có vẻ hợp lý vì vầng sáng tia gamma xuất hiện dẹt và phồng lên, giống như khu vực trung tâm chứa đầy sao của Dải Ngân hà. Nếu vật chất tối đứng sau vầng sáng này, các nhà khoa học đã mong đợi một mô hình mượt mà, tròn trịa hơn.

Muru và nhóm của ông đã quyết định kiểm tra cả hai ý tưởng này. Sử dụng các siêu máy tính mạnh mẽ, họ đã tái tạo lại cách Dải Ngân hà hình thành, bao gồm hàng tỷ năm va chạm dữ dội và sáp nhập với các thiên hà nhỏ hơn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những sự kiện dữ dội đó đã để lại “dấu vân tay” sâu sắc về cách vật chất tối được phân bổ trong lõi thiên hà.

Khi lịch sử phức tạp này được tính đến, quầng vật chất tối mô phỏng không còn trông giống hình cầu nữa. Thay vào đó, nó có dạng dẹt, giống như quả trứng – khớp với mô hình phát xạ tia gamma mà Fermi đã quan sát được, nghiên cứu mới báo cáo.

“Chúng tôi đang chỉ ra rằng vật chất tối cũng có hình dạng dẹt này,” Muru nói. “Vì vậy, nó thực sự khớp với lượng tia gamma dư thừa tốt hơn nhiều so với dự kiến trước đây.”

Phát hiện này cho thấy vật chất tối vẫn có thể là một ứng cử viên nặng ký đằng sau vầng sáng bí ẩn của Dải Ngân hà. Nhưng nó không hoàn toàn loại trừ các sao xung, các nhà nghiên cứu cho biết. Nhóm nghiên cứu kết luận, cả hai khả năng hiện “về cơ bản là không thể phân biệt được.”

Nếu lượng dư thừa thực sự phát sinh từ các va chạm vật chất tối, nó sẽ đánh dấu bằng chứng gián tiếp đầu tiên cho thấy WIMP, một ứng cử viên vật chất tối hàng đầu, thực sự tồn tại.

Câu trả lời dứt khoát có thể có vào cuối những năm 2020, khi Đài quan sát Mảng Kính viễn vọng Cherenkov (CTAO) bắt đầu quét bầu trời từ hai địa điểm của nó ở Chile và Tây Ban Nha. Cơ sở này sẽ có thể quan sát các tia gamma ở độ phân giải cao hơn nhiều so với Fermi, các nhà nghiên cứu cho biết, có khả năng giúp họ phân biệt giữa một bầy sao xung, có năng lượng cao hơn, và các hạt vật chất tối hủy diệt có năng lượng thấp hơn.

Muru nói thêm rằng các quan sát tia gamma của các thiên hà lùn nhỏ hơn quay quanh Dải Ngân hà, mà lõi của chúng cũng chứa vật chất tối trong các túi dày đặc, có thể kiểm tra thêm cả hai khả năng.

“Đó là nơi chúng tôi hy vọng đo được tín hiệu, chúng tôi thực sự mong chờ những quan sát này.” Muru nói.

Các nhà khoa học tin chắc rằng vật chất tối ở ngoài đó. Cuộc tìm kiếm để phát hiện ra nó được cho là vẫn là một trong những thách thức khó khăn nhất và cũng thú vị nhất trong vật lý hiện đại.

“Vì một lý do nào đó, nó vẫn lẩn tránh chúng ta, và tôi nghĩ rằng bí ẩn khiến nó càng trở nên thú vị hơn.” Muru nói.

Theo Space.com

Hội Thiên Văn Hà Nội (HAS)

Dịch và biên tập: Nguyễn Mạnh

Comments

comments