Quick browsing

Home > Khoa học > Không gian > Tìm ra phần còn thiếu của vật chất trong vũ trụ

Tìm ra phần còn thiếu của vật chất trong vũ trụ Tìm ra phần còn thiếu của vật chất trong vũ trụ

Saturday 22 September 2018

Trong nhiều thập niên, một số vật chất nguyên tử trong vũ trụ đã không được xác định vị trí. Các công trình khoa học gần đây vừa mới tiết lộ cách thức vật chất đó tự giấu mình. Thế là cuối cùng giới thiên văn học đã phát hiện ra nơi chúng ẩn náu giữa các thiên hà, đúng như ức đoán trước đây hơn 20 năm.

JPEG - 51.6 kb
Vật chất bí ẩn nằm ở những vùng khí ấm-nóng đan xen giữa các thiên hà

Từ giữa những năm 1990, một phần của Vũ trụ đã trốn tránh khỏi con mắt tò mò của nhân loại. Trong khoảng thời gian ấy, các nhà khoa học đã cố gắng phân loại mọi vật chất thông thường trong vũ trụ: bao gồm các ngôi sao, các hành tinh và lượng "khí" có sẵn trong không gian, về cơ bản là bất kì thứ gì được làm từ nguyên tử. (Trong số này không có "vật chất tối" vốn là một thái cực hoàn toàn khác, một câu hỏi vẫn nằm trong bóng đen bí ẩn). Cuối cùng họ đã tìm ra phần còn thiếu nói trên.

Đã từ lâu, giới khoa học suy luận ra rằng ngoài vũ trụ có thể có gì, dựa trên những giả thuyết nghiên cứu về cách vật chất hình thành trong giai đoạn Big Bang. Nghiên cứu về CMB (cosmic microwave background: bức xạ nền vũ trụ, những thứ ánh sáng còn vương lại từ vụ nổ Big Bang cho tới nay) dường như khẳng định những giả thuyết đó là đúng.

Giới khoa học đã cộng tổng toàn bộ số vật chất họ thấy được, bao gồm sao và các đám mây khí – tất cả được gọi chung là baryon, tức hạt hạ nguyên tử cấu thành từ 3 hạt quark. Số vừa cộng chỉ bằng 10% con số đáng lẽ phải có. Vật chất thông thường đáng lẽ phải chiếm 15% trong tổng số mọi vật chất có trong vũ trụ, và vật chất tối chiếm hết phần còn lại. Vậy là nghiên cứu trên chỉ mới tìm ra được 1,5% tổng vật chất có trong Vũ trụ.

Một loạt 3 báo cáo khoa học mới được đăng tải vừa chỉ ra số còn lại trong phần vật chất thông thường nằm ở đâu. Dù là mất một thời gian dài ta mới có kết quả cuối cùng, phần vật chất bí ẩn nằm tại nơi mà giới khoa học đã nghi ngờ bấy lâu nay: đó là những vùng khí ấm-nóng đan xen giữa các thiên hà, có tên khoa học là WHIM (warm-hot intergalactic medium: môi trường ấm-nóng giữa các thiên hà).

Những bằng chứng đầu tiên về sự tồn tại của các vùng khí vô hình giữa các thiên hà là từ những chương trình giả lập vũ trụ hoàn thiện từ năm 1998. "Chúng tôi muốn biết điều gì xảy ra với toàn bộ số khí có trên Vũ trụ", Jeremiah Ostriker, nhà thiên văn học từ Đại học Princeton nói. Chính ông cùng với cộng sự Renyue Cen đã xây dựng nên những chương trình giả lập nói trên.

Dựa trên tác động của lực hấp dẫn và của ánh sáng, các vụ nổ siêu tân tinh và các tác động khác trên Vũ trụ, hai nhà khoa học đã giả lập được đường di chuyển của dòng khí. "Chúng tôi kết luận rằng dòng khí len lỏi theo những đường rất nhỏ sẽ rất dễ phát hiện ra".

Từ ức đoán đến tìm ra là rất khó

"Từ những ngày đầu xây dựng chương trình giả lập vũ trụ, chúng tôi đã biết rõ rằng một phần lớn hạt baryon sẽ có dạng nóng và khuếch tán chứ không tụ lại ở các thiên hà", nhà vật lý học vũ trụ Ian McCarthy từ Đại học John Moores ở Tp. Liverpool nói. Các nhà thiên văn học ước đoán rằng hạt baryon nóng sẽ dung hợp với một siêu cấu trúc khổng lồ trên vũ trụ làm từ vật chất tối, len lỏi giữa các thiên hà. Lực hấp dẫn của vật chất tối sẽ kéo dòng khí lại phía chúng, đốt cháy chúng lên tới hàng triệu độ. Khó khăn thay, khí nóng và phân tán không dễ tìm thấy chút nào.

Để mò được ra dòng khí nhỏ giữa vũ trụ bao la, hai đội ngũ nghiên cứu đã cùng bỏ tài lực tập trung vào xem xét CMB (bức xạ nền vũ trụ). Khi thứ ánh sáng đã tồn tại từ buổi đầu vũ trụ hình thành này bay ngang qua không gian, nó sẽ bị ảnh hưởng bởi mọi môi trường mà nó đi qua. Những loại khí nóng, có tính ion-hóa (như WHIM chẳng hạn) sẽ tương tác với photon trong CMB và truyền vào đó một ít năng lượng. Nếu điều đó xảy ra, quang phổ của CMB sẽ bị bóp méo.

Đáng tiếc thay, những bản đồ chính xác nhất về CMB lấy được từ vệ tinh Planck lại không cho thấy đoạn méo nào. Hoặc là dòng khí nóng không tồn tại, hoặc là hiệu ứng méo quá nhỏ nên không phát hiện ra.

Hai đội nghiên cứu không nản chí. Dữ liệu từ chương trình giả lập vũ trụ hiện đại cho thấy các dòng khí sẽ đan xen khắp các thiên hà như mạng nhện. Khi xác định rằng vệ tinh Planck đã không thấy khí giữa một cặp thiên hà, nhóm nghiên cứu mở rộng phạm vi tìm kiếm ra một cụm gồm nhiều thiên hà, tìm ra những cặp "xứng đôi nhất".

Một cặp thiên hà sẽ phải cùng lớn, có khoảng cách vừa phải mới có thể tạo ra mạng lưới khí nằm giữa chúng. Lục lại dữ liệu từ vệ tinh Planck, các nhà vật lý vũ trụ xác định vị trí của từng cặp thiên hà thỏa mãn điều kiện nêu trên, tách riêng khoảng không xung quanh để nghiên cứu.

Sau khi xoay các hình ảnh thiên hà để vị trí chúng tương đương nhau, đội nghiên cứu chồng hàng triệu cặp thiên hà lên nhau và đã phát hiện được mạng lưới khí đang lẩn trốn bấy lâu nay.

Dù phát hiện ra được sự tồn tại của mạng lưới khí giữa các thiên hà, cách thức này có những mặt trái riêng. Tổng hợp dữ liệu từ hàng triệu cặp thiên hà sẽ không chính xác, khi tỉ lệ lỗi cũng lớn theo cấp số nhân. Cộng đồng thiên văn học chưa được thực sự thuyết phục về kết quả trên, họ cần một cách riêng để tính toán được dòng khí nóng của từng cặp thiên hà riêng biệt.

Hiệu ứng hải đăng

Đội nghiên cứu thứ ba đã đề ra một giải pháp khác. Họ quan sát kĩ một quasar - tức là ẩn tinh hay những "ngọn hải đăng vũ trụ" chiếu sáng liên tục – và dùng nó để tìm kiếm dấu tích khí ở mọi nơi mà ánh sáng hải đăng kia quét tới. Bạn cứ hình dung như thế này: đội nghiên cứu thứ ba đang phân tích những quãng sương mù mà ánh đèn hải đăng biển chiếu lướt qua.

Thông thường, các nhà khoa học sẽ tìm kiếm những ánh sáng bị hấp thụ bởi nguyên tử hydro, bởi lẽ đây là nguyên tố thường gặp nhất trong vũ trụ. Không may là trong nghiên cứu này, cách thức thường dùng trên đã vô dụng. WHIM nóng tới mức nó ion-hóa hydro, lấy mất một nguyên tử duy nhất. Kết quả của quá trình này cho ra những proton và electron tự do không hấp thụ được chút ánh sáng nào.

Đội nghiên cứu thứ ba tìm một nguyên tố khác: đó là oxy. Trong WHIM không có nhiều oxy như hydro, nhưng bởi nguyên tử oxy có tới 8 electron chứ không chỉ có 1 như hydro, nhiệt từ WHIM không lột sạch được số electron này. Đội nghiên cứu, dẫn đầu là Fabrizio Nicastro (xem hình avatar) từ Viện Vật lý vũ trụ Quốc gia đặt tại Rome, Ý đã tìm dấu ánh sáng bị oxy hấp thụ, thứ oxy chỉ còn 2 electron.

Họ đã tìm thấy hai mạch khí liên thiên hà. Oxy đã "cung cấp dấu vết của của hai mạch khí hydro và helium khổng lồ".

Con số họ tìm ra cũng tương tự với kết quả có được từ hai nhóm nghiên cứu còn lại. "Cả 3 đội khoa học dùng những cách khác nhau để giải quyết chung một vấn đề, và đều có chung một kết quả, đây là điều khiến giới khoa học yên tâm, xét tới hai cách thức tìm ra kết quả hoàn toàn khác nhau", Mike Boylan-Kolchim, một nhà thiên văn học đến từ Đại học Texas cho hay.

Bước tiếp theo sẽ là đi tìm thêm các ẩn tinh khác, theo dõi chúng bằng tia X thế hệ mới và kính viễn vọng cực tím có độ nhạy cao hơn. "Ẩn tinh chúng tôi nghiên cứu là sáng nhất trong tổng số dữ liệu chúng tôi có. Sẽ có những ẩn tinh mờ hơn và khiến quá trình quan sát mất thời gian hơn", nhà nghiên cứu Michael Shull từ Đại học Colorado nói. "Chúng tôi kết luận rằng những hạt baryon còn thiếu đã được tìm ra". Tức là ở thời điểm hiện tại, ta đã có khẳng định cuối cùng.

(Theo wired.com)


View online : Astronomers Have Found the Universe’s Missing Matter

Forum posts

  • Vật chất tối

    Ngay sau khi xảy ra BigBang, vũ trụ là các xung phá hủy không gian, sau đó hình thành ra ánh sáng là các dao động có bước sóng, sau đó thành các hạt có khối lượng lớn hơn như Hydro rồi đến Oxy.... Quá trình kết hợp tiếp tục để thành các thiên hà. Tuy nhiên tổng khối lượng vật chất của tất cả các thiên hà cũng chỉ chiếm chưa tới 15% năng lượng vụ nổ BigBang mà người ta đo được nhờ bức xạ tàn dư của vị nổ 13.7 tỷ năm về trước. Người ta đã nghĩ tới việc do sự dãn nở vũ trụ quá nhanh mà việc tích tụ thành các khối vật chất lớn như các sao hay thiên hà không kịp xảy ra. 85% năng lượng vụ nổ vẫn còn ở dạng các phân tử Hydro siêu nóng. Do quá nóng mà chúng bị mất electron vòng ngoài và vì vậy mà chúng hầu như không tác động với ánh sáng. Hay nói một cách khác chúng bị "đóng băng" giữ nguyên thể trạng từ khoảng hơn 13 tỷ năm về trước. Người ta đã phát hiện ra chúng nằm ở giữa các thiên hà.

    Việc phát hiện ra Hydro siêu nóng giữa các thiên hà lại là thông qua Oxy. Như vậy chúng ta đã nhìn thấy khoảng không gian có Oxy bị đóng băng (sớm hơn Oxy là vẫn chưa nhìn thấy). Đó là các khoảng không gian Hydro muộn (khi đã có Oxy) bị đóng băng. Khoảng không gian đóng băng Hydro sớm (chưa có Oxy) là vẫn chưa thể thấy. Có lẽ chúng ta nên cho rằng phần lớn năng lượng vụ nổ BigBang, tức là năng lượng tối là ở dạng các khoảng không gian mà các hạt Quak bị đóng băng. Chúng sẽ rất nhiều và chỉ tham gia vào quá trình hấp dẫn mà không có bất kể tác động tác động nào với vật chất thông thường bởi chúng chưa phải là vật chất thông thường.

    Tôi nghĩ đến điều này từ lâu vì tôi cho rằng trong cái xã hội con người, Chỉ những kẻ yếu kém có quan hệ họ hàng gần gũi mới liên kết bè phái với nhau. Phần lớn người dân không tham gia một tổ chức nào cả. Những cái cây to chắc cũng chỉ chiếm một phần rất nhỏ của các loài đơn bào và vi trùng. Nếu như vậy phần lớn Quack vẫn ở dạng đơn do chúng vẫn còn quá nóng nhưng lại vô tình bị ở kéo ra xa nhau quá nhanh. Do không thể tạo thành cặp mà các quack không phải là các hạt vật chất để có khả năng gây ra các tác động về điện từ trường (và như vậy chúng ta không thể nhìn thấy chúng). Chúng trong suốt với ánh sáng nhưng lại gây ra lực hấp dẫn đủ để vũ trụ không bị dãn ra quá nhanh.

    Tôi nghĩ rằng sẽ có mô hình tự hình thành "ý thức" cho vật chất và sẽ chỉ có một tỷ lệ nhất định, kiểu như trong xã hội thì chỉ có một số nhỏ nào đó không quá 30% là sẽ giác ngộ để thành đảng viên mà thôi. Nếu bạn của mình mà ca ngợi chính quyền một cách cực đoan nóng quá mức, chắc các bạn sẽ "bị đóng băng" giữ im lặng (không dây với hủi). Vậy là các bạn sẽ không gây ra một ảnh hưởng quyền lực nào vào tiến trình phát triển. Các bạn trong suốt, kiểu như không ai thấy các bạn trên tivi chẳng hạn. Hai phần nào đó của vũ trụ chạy ra xa khỏi nhau quá nhanh thì khoảng còn lại sẽ bị đóng băng, giữ nguyên trạng thái khi nó được sinh ra.

    Có lẽ là sẽ có một quy luật phổ quát cho toàn vũ trụ như thế. Tôi phải hiểu thật rõ những gì giới khoa học đã tìm ra về vật chất và tôi phải đưa vào sự vận động của vật chất một cái gì đó kiểu như sự tha hóa của con người. Hiện tượng dãn nở nhanh quá mức, hay sự tích tụ hạt quá nhanh chẳng hạn.

    Tôi nghĩ là nhóm đối xứng như hiện nay là đủ để mô tả vật chất trong vũ trụ. Phần bức tranh còn mờ chỉ nằm ở sự vận động không đồng nhất của vật chất.

    Tôi tin là có vật chất tối, nhưng chúng là vật chất. Ngay cả bức xạ ánh sáng từ vụ nổ Bigbang cũng chưa phải đã là những gì xảy ra ngay sau vụ nổ Bigbang. Rất có thể một phần rất lớn năng lượng vụ nổ bị đóng băng từ trước khi ánh sáng xuất hiện. Đó là lý do vì sao tôi đang nghiên cứ vũ trụ rất cần thận.

    Reply to this message

Any message or comments?

pre-moderation

This forum is moderated before publication: your contribution will only appear after being validated by an administrator.

Who are you?
Your post
  • This form accepts SPIP shortcuts [->url] {{bold}} {italic} <quote> <code> and the HTML code <q> <del> <ins>. To create paragraphs, simply leave blank lines.