Vật chất tối là một chất bí ẩn, vô hình, thường chi phối lớp bề ngoài của các thiên hà; việc tìm ra một vật thể không bao hàm vật chất tối là chưa từng có tiền lệ trước đây.
Nhóm các nhà thiên văn học do giáo sư Pieter van Dokkum dẫn đầu đã được biết đến với việc phát hiện ra thiên hà có tên gọi NGC 1052-DF2 – thiên hà đầu tiên được cho là có chứa rất ít vật chất tối. Khám phá này đã thu hút được cả những sự khen ngợi lẫn hoài nghi, bởi việc tìm thấy một vật thể không bao hàm vật chất tối là một điều chưa từng có tiền lệ. Gần đây, nhóm đã trở lại với bằng chứng mạnh mẽ hơn về bản chất kỳ lạ này của thiên hà mà họ đã khám phá được.
Giờ đây, nhóm của Van Dokkum không chỉ có một, mà đến hai nghiên cứu mới củng cố các quan sát ban đầu của họ, chứng minh rằng vật chất tối trên thực tế có thể được phân tách khỏi các thiên hà. Ông Pieter Van Dokkum – Giáo sư thiên văn học tại Đại học Yale cho biết:
“Nếu có một vật thể như vậy, nhưng bạn luôn có một giọng nói nhỏ thì thầm trong tâm trí thì thầm rằng, ‘nó có thật sự tồn tại ở đó không’?
Mặc dù chúng tôi đã tiến hành tất cả các kiểm chứng mà chúng tôi có thể nghĩ ra, chúng tôi vẫn e ngại rằng tạo hóa đã cố tình trêu đùa với chúng tôi, khi khiến một cái gì đó trở nên thực sự đặc biệt trong khi nó thực ra chỉ là một điều rất đỗi bình thường”.
Các thành viên trong nhóm nghiên cứu bao gồm Roberto Abraham – Giáo sư Thiên văn học và Vật lý thiên văn tại Đại học Toronto; Aaron Romanowsky – Phó Giáo sư Vật lý và Thiên văn học tại Đại học công lập San Jose; Charlie Conroy – Giáo sư Thiên văn học tại Đại học Harvard và Shany Danieli – một sinh viên sau đại học tại ĐH Yale. Danieli, người đầu tiên phát hiện ra thiên hà này khoảng hai năm trước, cho biết:
“Chúng ta đang được chứng kiến một điều hoàn toàn mới mẻ, điều này quả thật vô cùng hấp dẫn.
Không ai biết rằng các thiên hà như vậy có tồn tại thật sự hay không, nhưng điều tuyệt vời nhất đối với một sinh viên thiên văn học chính là khám phá ra một vật thể (hay thiên thể), cho dù đó là một hành tinh, một ngôi sao hay một thiên hà, mà không ai biết tới hay chưa từng nghĩ tới”.
Trong nghiên cứu đầu tiên, nhóm đã xác nhận được các quan sát ban đầu của họ về NGC 1052-DF2 (gọi tắt là DF2), cho thấy vật chất tối thực tế không tồn tại trong thiên hà này. Sử dụng thiết bị quang phổ Keck Cosmic Web Imager (KCWI) tại đài quan sát W. M. Keck, họ đã thu thập được các phép đo chính xác hơn và thấy rằng các cụm cầu trong thiên hà thực sự đang di chuyển với tốc độ tương thích với khối lượng của vật chất bình thường trong thiên hà.
Nếu có vật chất tối trong DF2, các cụm sẽ di chuyển nhanh hơn rất nhiều. Tác giả chính Danieli cho biết:
“KCWI thì khá đặc thù bởi nó có một phạm vi khảo sát khá lớn.
Thiết bị này không chỉ cho phép chúng ta nhìn thấy toàn bộ thiên hà cùng một lúc với độ phân giải phổ cao, nó còn cho phép chúng ta đo khối lượng một cách chính xác. Không có một công cụ nào khác trên thế giới hội đủ hai loại thuộc tính này!”
Trong nghiên cứu thứ hai, nhóm đã sử dụng Máy quang phổ hình ảnh phân giải độ phân giải thấp (LRIS) của Đài thiên văn Keck để tìm ra một thiên hà khác không có vật chất tối với tên gọi là NGC 1052-DF4 (hay viết tắt là DF4). Van Dokkum, tác giả chính của báo cáo về DF4, cho biết:
“Khám phá một thiên hà thứ hai với rất ít hoặc không có vật chất tối cũng thú vị như khám phá ban đầu về DF2.
Điều này có nghĩa là hiện nay cơ hội tìm thấy thêm các thiên hà loại này là cao hơn so với chúng ta từng nghĩ trước đây. Vì chúng ta chưa có ý tưởng nào hay về cách thức các thiên hà này được tạo thành, tôi hy vọng những khám phá này sẽ khích lệ nhiều nhà khoa học hơn nữa nghiên cứu ẩn đố này.”
Các kết quả của đội ngũ được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Giống như DF2, DF4 thuộc về một nhóm thiên hà tương đối mới gọi là các thiên hà siêu khuếch tán (UDGs). Chúng có kích thước lớn như Dải Ngân hà nhưng có số sao ít hơn từ 100 đến 1000 lần, khiến chúng có vẻ mịn và trong mờ, do đó khó mà quan sát.
Trớ trêu thay, việc thiếu vật chất tối trong các UDG này lại củng cố lý thuyết vật chất tối. Nó chứng minh rằng vật chất tối là một chất không kết hợp với vật chất thông thường, vì cả hai có thể được tìm thấy riêng rẽ.
Phát hiện gây sốc này đã nhận phải một số chỉ trích khi nhóm nghiên cứu lần đầu tiên công bố kết quả của họ vào tháng 3/2018. Van Dokkum nói:
“Đôi lúc mọi việc có chút căng thẳng.
Một mặt, đây là cách thức khoa học vận hành; bạn thấy điều gì đó thú vị, nhưng người khác không đồng ý, bạn thu được dữ liệu mới và cuối cùng bạn có hiểu biết nhiều hơn về vũ trụ.
Mặt khác, mặc dù phần lớn các bài phê bình đều mang tính xây dựng và khá lịch sự, nhưng không phải tất cả chúng đều như vậy. Mỗi khi một bài phê bình mới xuất hiện, chúng tôi phải tìm hiểu xem liệu chúng tôi có bỏ sót điều gì đó hay không”.
Van Dokkum bày tỏ rằng ông tự hào về nhóm nghiên cứu của mình vì đã cùng nhau cố gắng trong những thời khắc gian nan đó. Nỗ lực chăm chỉ của họ đã được đền đáp, với việc vũ trụ hợp tác và cho họ thêm lý do để tìm kiếm các UDG khác như DF2 và DF4.
Danieli đang điều hành một cuộc khảo sát trên diện rộng với mảng kính thiên văn Dragonfly Telephoto Array (DTA) nhằm tìm kiếm thêm các ví dụ một cách có hệ thống, sau đó quan sát các ứng viên một lần nữa bằng các kính viễn vọng Keck. Danieli nói:
“Chúng tôi hy vọng trong bước tiếp theo chúng tôi sẽ tìm hiểu được mức độ phổ biến của các thiên hà này và liệu chúng có tồn tại trong các khu vực khác của vũ trụ hay không.
Chúng tôi mong muốn tìm thấy thêm nhiều bằng chứng giúp chúng ta hiểu được các thiên hà này sẽ có tác động như thế nào đến các lý thuyết hiện tại của chúng ta. Hy vọng của chúng tôi là điều này sẽ giúp chúng ta tiến thêm một bước để hiểu hơn về một trong những bí ẩn lớn nhất trong vũ trụ – bản chất của vật chất tối”.
Video: Vật chất tối: Sự giải thích cho tốc độ các ngôi sao Don Lincoln TED Ed Vietsub
Theo VisionTimes
Nhật Quang biên dịch