Vật chất tối là gì?

Một nhà vật lí thiên thể nghiên cứu phát hiện, trong không gian Vũ Trụ mênh mông, khối lượng của các thiên thể phát ánh sáng (bao gồm các thiên thể phát tia X, tia γ thuộc dòng điện từ) chỉ vẻn vẹn là một bộ phận nhỏ của tổng khối lượng vật chất trong không gian này. Còn có một bộ phận khối lượng rất lớn do một thứ gì đó, mà cho đến nay chúng ta chưa làm rõ được, mang theo. Cái thứ nhìn mà không thấy song đích thực tồn tại ấy, chúng ta gọi nó là “vật chất tối”.

Nhận thức của các nhà khoa học đối với vật chất tối có thể lội ngược dòng thời gian đến đầu những năm 30 của thế kỉ XX. Năm 1933, nhà thiên văn Thụy Sĩ, Zweig khi ước tính tổng khối lượng của đoàn tinh hệ Hậu Phát, ông dùng hai loại phương pháp khác nhau: phương pháp độ sáng và phương pháp động lực học. Kết quả là khối lượng tính được bằng phương pháp động lực học lớn gấp 400 lần so với dùng phương pháp độ sáng! Sai số lớn lao đến như vậy chỉ có thể có một cách giải thích: khối lượng của các thiên thể phát sáng chỉ là một phần nhỏ khối lượng của toàn tinh hệ, còn có một phần rất lớn khối lượng không biết đi đằng nào rồi. Thế là ông gọi đó là “khối lượng còn thiếu”.

Thời bấy giờ, phát hiện này chưa được coi trọng mấy. Mãi đến năm 1978, một số nhà thiên văn vô tuyến khi đo đạc một cách hệ thống đường cong chuyển động của tinh hệ xoáy, phát hiện các vật thể ở cách trung tâm tinh hệ với những khoảng cách khác nhau đều có tốc độ dài như nhau. Kết quả quan sát này hoàn toàn trái ngược với tình hình của hệ Mặt Trời mà người ta quen thuộc. Trong hệ Mặt Trời, hành tinh càng ở xa Mặt Trời thì tốc độ dài càng nhỏ. Đó là điều mà định luật Kepler nổi tiếng cho chúng ta biết. Chuyển động của các vật thể xung quanh tinh hệ, chịu tác động của lực vạn vật hấp dẫn giống nhau sinh ra, cũng phải tuân thủ định luật Kepler chứ! Về điều này, có nhà khoa học nêu ra, chỉ có giả thiết là xung quanh tinh hệ còn tồn tại vật chất tối nữa, có thế thì sự chuyển động của tinh hệ quan sát được mới ăn khớp với kết quả tính toán của định luật Kepler. Do vậy, ở bên ngoài vật thể phát ánh sáng của tinh hệ, chắc chắn còn có một lượng lớn vật chất tối không thấy được. Quan niệm này dần dần được người ta tiếp thu, và theo con đường đó, các nhà khoa học lại phát hiện ra nhiều chứng cứ về sự tồn tại của vật chất tối. Ví dụ như năm 1983 phát hiện ra ngôi sao R15 ở cách trung tâm Ngân Hà 200 nghìn năm ánh sáng, tốc độ theo hướng nhìn đạt 465 m/s. Muốn sinh ra một tốc độ lớn như vậy, tổng khối lượng của hệ Ngân Hà ít ra phải lớn gấp 10 lần của khối lượng khu vực phát ánh sáng mới được.

Ngoài ra, trong nghiên cứu lí thuyết về sự khởi nguồn của Vũ Trụ, các nhà khoa học cũng thực sự cảm thấy cần phải có sự tồn tại của vật chất tối mới có thể làm cho lí thuyết của họ vo tròn kín kẽ.

Thế thì vật chất tối rốt cuộc là gì vậy? Về vấn đề này, các nhà khoa học có nhiều suy đoán. Có người nói vật chất tối là chất khí toả khắp trong không gian Vũ Trụ, cũng có người nói nó là bụi trong Vũ Trụ, còn có người đoán nó là “sao chết” đã tối đi, thậm chí có thể là lỗ đen. Những suy đoán này tuy đều có lí, song thiếu chứng cứ thuyết phục, chưa có thể nhận được sự tán đồng của giới học thuật.

Trong số ứng cử viên đông đảo của vật chất tối, nơtrino được người ta chú ý và coi trọng nhất. Vì rằng nó là một loại hạt đã được biết chắc tồn tại trong Vũ Trụ, vả lại số lượng lại cực kì nhiều. Đặc biệt là năm 1980, sau khi Viện nghiên cứu vật lí lí thuyết và thực nghiệm của Liên Xô thông báo khối lượng nghỉ của nơtrino có thể không bằng không, đã mang lại cho các nhà khoa học một không gian tưởng tượng phong phú về mối quan hệ giữa nơtrino và vật chất tối. Do số lượng của nơtrino cực kì nhiều, cho dù khối lượng nghỉ của nó rất nhỏ nhoi, tổng khối lượng của chúng vẫn khá là đáng kể. Ngoài ra, đại đa số các nơtrino không phát sáng, chỉ có tác động điện tử rất yếu v.v., những tính chất này làm cho nó rất giống với vật chất tối.

Cố nhiên, các nhà vật lí hạt còn dự đoán tới một loạt hạt mới làm ứng cử viên của vật chất tối, như: nơtrino, axion, các hạt siêu đối xứng v.v. Tiếc thay, những hạt mới giả định đó cho đến nay vẫn chưa tìm thấy hạt nào cả. Xem ra muốn nói rõ bộ mặt thật của vật chất tối vẫn là một bài toán khó.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Hỏi đáp & Tư vấn © 2013 Hỏi đáp tư vấn