Tín hiệu từ kính thiên văn của NASA: ‘Bóng ma’ bí ẩn nhất vũ trụ lộ diện?

Tín hiệu từ kính thiên văn gamma của NASA có thể đã hé lộ về vật chất tối - dạng vật chất bí ẩn chiếm phần lớn vũ trụ.

Một nhóm nhà thiên văn học cho biết họ có thể đã “nhìn thấy” vật chất tối - dạng vật chất bí ẩn chiếm phần lớn vũ trụ - lần đầu tiên trong lịch sử, nhờ kính viễn vọng không gian tia gamma Fermi của NASA. 

Nếu được xác nhận, đây sẽ là phát hiện trực tiếp đầu tiên về loại vật chất mà giới khoa học đã theo đuổi suốt gần một thế kỷ.

Thứ vật chất chiếm 85% vũ trụ nhưng vô hình

Ý tưởng về vật chất tối xuất hiện năm 1933 khi nhà thiên văn Fritz Zwicky quan sát cụm thiên hà Coma và nhận thấy lực hấp dẫn từ các thiên hà nhìn thấy được là không đủ để giữ cụm lại với nhau. 

Đến thập niên 1970, Vera Rubin và cộng sự tiếp tục phát hiện ngoại vi của các thiên hà xoắn ốc quay nhanh như vùng trung tâm - điều chỉ có thể xảy ra nếu khối lượng của thiên hà phân bố rộng rãi bởi một dạng vật chất vô hình.

Dù các nghiên cứu này không quan sát trực tiếp, chúng cho thấy có một dạng vật chất tương tác với hấp dẫn nhưng hoàn toàn không phát sáng. Từ đó, các nhà thiên văn kết luận mọi thiên hà lớn đều được bao quanh bởi những “vầng hào quang” vật chất tối khổng lồ, trải rộng xa hơn nhiều so với vùng có ánh sáng nhìn thấy.

Ngày nay, ước tính lượng vật chất tối nhiều gấp 5 lần vật chất thường. 

Tất cả những gì chúng ta nhìn thấy: sao, hành tinh, Mặt Trăng, cơ thể con người, thậm chí chú mèo nhà bên… chỉ chiếm 15% tổng lượng vật chất trong vũ trụ. 85% còn lại là vật chất tối.

Điều khiến vật chất tối khó phát hiện là nó gần như không tương tác với bức xạ điện từ: không phát sáng, không hấp thụ, không phản xạ. Nói cách khác, nó vô hình trên mọi bước sóng ánh sáng hoặc ít nhất, đó là điều chúng ta từng nghĩ.

Một cơ chế có thể khiến vật chất tối phát sáng: nếu các hạt vật chất tối tự hủy khi va chạm với nhau, tương tự như vật chất và phản vật chất, chúng có thể tạo ra một “cơn mưa” hạt năng lượng cao, bao gồm photon tia gamma. Dù mắt người không thể thấy, các kính thiên văn gamma như Fermi có thể ghi nhận.

Một trong những ứng viên hạt vật chất tối được quan tâm nhất là hạt WIMP - “hạt nặng tương tác yếu”.

Phát hiện chấn động nhưng cần thêm bằng chứng

Nhóm của nhà thiên văn học Tomonori Totani thuộc Đại học Tokyo (Nhật Bản) đã hướng kính viễn vọng không gian tia gamma Fermi của NASA về trung tâm Dải Ngân Hà, khu vực được cho là tập trung nhiều vật chất tối nhất, để săn tìm tín hiệu gamma đặc trưng.

Và họ tin rằng đã tìm thấy.

Giáo sư Totani cho biết: “Chúng tôi phát hiện các tia gamma có năng lượng 20 gigaelectronvolt, trải dài theo cấu trúc giống như hào quang về phía trung tâm Ngân Hà.” Dạng phát xạ này khớp đáng ngạc nhiên với hình dạng dự đoán của hào quang vật chất tối.”

Không chỉ vị trí và hình dạng, năng lượng của các tia gamma này cũng phù hợp với mô hình về quá trình va chạm – hủy cặp của hạt WIMP, vốn được cho là nặng gấp 500 lần proton.

Giáo sư Totani nhận định không có hiện tượng thiên văn đã biết nào khác giải thích được mẫu tín hiệu này một cách hợp lý.

“Nếu điều này chính xác, đây có thể là lần đầu tiên nhân loại ‘nhìn thấy’ vật chất tối. Điều đó đồng nghĩa vật chất tối là một loại hạt mới, chưa hề được đưa vào mô hình chuẩn vật lý hiện nay. Đây là bước ngoặt lớn của vật lý và thiên văn học", Giáo sư Totani chia sẻ.

Dù nhóm nghiên cứu rất tin tưởng vào kết quả, cộng đồng khoa học sẽ cần nhiều dữ liệu hơn trước khi khẳng định. Những tuyên bố liên quan vật chất tối - chủ đề bí ẩn bậc nhất vũ trụ - luôn đòi hỏi kiểm chứng nghiêm ngặt.

“Điều này chỉ có thể được xác nhận khi có thêm dữ liệu trong tương lai. Nếu đúng, bằng chứng sẽ trở nên thuyết phục hơn nhiều", Giáo sư Totani nói.

Công trình nghiên cứu được công bố ngày 25/11 trên Journal of Cosmology and Astroparticle Physics - tạp chí hàng đầu về vật lý hạt và vũ trụ học.

(Theo Space, NewScientist)