Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn học đã phải đối mặt với một vấn đề khó hiểu: khoảng một nửa tổng lượng vật chất thường trong vũ trụ dường như đã biến mất. Khác với vật chất tối bí ẩn chiếm phần lớn khối lượng của vũ trụ, vật chất bị mất tích này là những thứ thông thường tạo nên các ngôi sao, hành tinh và con người. Các nhà khoa học biết rằng nó phải tồn tại ở đâu đó ngoài kia, nhưng nó quá phân tán và mờ nhạt để có thể phát hiện trực tiếp.
Phân bố vật chất trong vũ trụ
- Môi trường liên thiên hà: 76% vật chất thông thường
- Quầng thiên hà: 15% vật chất thông thường
- Bên trong các thiên hà: 9% còn lại (các ngôi sao và khí lạnh)
- Tổng vật chất thông thường: Chỉ chiếm 16% tổng lượng vật chất trong vũ trụ
- Vật chất tối: 84% tổng lượng vật chất (vẫn chưa được giải thích)
Phương Pháp Phát Hiện Đột Phá Thay Đổi Mọi Thứ
Một nhóm nghiên cứu từ Caltech và Harvard đã giải quyết bí ẩn vũ trụ này bằng cách sử dụng một công cụ bất ngờ: các cụm sóng radio nhanh (FRBs). Những tia sáng radio cực kỳ sáng và ngắn từ các thiên hà xa xôi này hoạt động như những ngọn hải đăng vũ trụ, chiếu sáng vật chất vô hình nằm giữa chúng và Trái Đất. Khi sóng radio từ những cụm sóng này di chuyển qua không gian, chúng tương tác với các hạt dọc đường, khiến ánh sáng phân tán thành các bước sóng khác nhau - giống như lăng kính tách ánh sáng mặt trời thành cầu vồng.
Cuộc thảo luận cộng đồng xung quanh khám phá này làm nổi bật một sự phân biệt quan trọng mà nhiều người ban đầu đã bỏ lỡ. Nghiên cứu này đề cập cụ thể đến vật chất thường, không phải vật chất tối, vẫn là một trong những bí ẩn lớn nhất chưa được giải quyết của vật lý học.
 |
|---|
| Một mô phỏng vũ trụ sống động minh họa các mẫu hình phức tạp của vật chất thông thường được chiếu sáng bởi các cụm sóng radio nhanh khắp vũ trụ |
Khảo Sát Quy Mô Lớn Tiết Lộ Sự Phân Bố Thực Sự Của Vật Chất
Nhóm nghiên cứu đã phân tích 69 FRBs được định vị chính xác, với khoảng cách từ khoảng 11,74 triệu đến 9,1 tỷ năm ánh sáng. Cụm sóng xa nhất, FRB 20230521B , hiện giữ kỷ lục là FRB xa nhất từng được phát hiện. Nhiều cụm sóng này được ghi lại bằng Deep Synoptic Array-110 , một mạng lưới gồm 110 kính thiên văn radio được thiết kế đặc biệt để săn lùng và xác định vị trí những tia sáng vũ trụ này.
Kết quả cho thấy 76% vật chất thường tồn tại trong không gian rộng lớn giữa các thiên hà, chỉ có 15% trong quầng sáng thiên hà và phần còn lại tập trung trong chính các thiên hà. Sự phân bố này phù hợp với những gì mô phỏng máy tính đã dự đoán, nhưng chưa bao giờ được quan sát trực tiếp cho đến nay.
Cụm Sóng Radio Nhanh (FRBs): Những cụm sóng radio cực kỳ ngắn nhưng mạnh mẽ từ các thiên hà xa xôi, chỉ kéo dài vài mili giây nhưng giải phóng lượng năng lượng khổng lồ.
Quy mô và Phạm vi Nghiên cứu
- Tổng số FRB được phân tích: 69 vụ bùng nổ
- Phạm vi khoảng cách: từ 11,74 triệu đến 9,1 tỷ năm ánh sáng
- Kỷ lục gia: FRB 20230521B (FRB xa nhất ở khoảng cách 9,1 tỷ năm ánh sáng)
- Nguồn phát hiện: 39 từ DSA-110 , 30 từ các kính thiên văn toàn cầu
Vượt Ra Ngoài Vật Chất Bị Mất Tích: Mở Ra Những Chân Trời Nghiên Cứu Mới
Khám phá này không chỉ giải quyết câu đố về vật chất bị mất tích. Kỹ thuật này mở ra những cách thức mới để nghiên cứu cấu trúc của vũ trụ và có thể giúp xác định khối lượng của neutrino - những hạt nhỏ bé mà lý thuyết cho rằng không có khối lượng nhưng quan sát cho thấy thực sự có một chút trọng lượng. Hiểu được khối lượng neutrino có thể dẫn đến vật lý học mới vượt ra ngoài các mô hình hiện tại của chúng ta.
Thành công của phương pháp này chỉ ra một tương lai thú vị. Mảng kính thiên văn DSA-2000 được Caltech lên kế hoạch sẽ có khả năng tìm kiếm và định vị lên đến 10.000 FRBs mỗi năm, mở rộng đáng kể khả năng lập bản đồ vật chất ẩn của vũ trụ và khám phá những bí ẩn sâu sắc nhất của nó.
Tham khảo: Missing Matter in Universe Found