Phát hiện DNA bí ẩn từ loài người tuyệt chủng hàng ngàn năm trước /
Phát hiện ‘người khổng lồ vô hình’ ẩn mình sau hố đen đôi
Theo công bố trên Tạp chí Vũ trụ học và Vật lý hạt nhân thiên văn, nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Vương quốc Anh và Hawaii đã đưa ra khái niệm về sao lùn tối, đồng thời mô tả cách con người có thể phát hiện ra chúng bằng những thiết bị hiện có, trong đó có Kính viễn vọng Không gian James Webb. Tên gọi “sao lùn tối” không phải vì chúng vốn tối tăm mà vì chúng gắn bó mật thiết với vật chất tối – loại vật chất vẫn là trung tâm của vật lý thiên văn và vũ trụ học ngày nay.
Giáo sư Jeremy Sakstein, Đại học Hawaii, đồng tác giả nghiên cứu, giải thích: “Chúng tôi cho rằng 25% vũ trụ được cấu thành từ một loại vật chất không phát ra ánh sáng, khiến nó vô hình trước mắt thường và cả kính viễn vọng. Con người chỉ phát hiện ra nó thông qua hiệu ứng hấp dẫn. Đó là lý do chúng tôi gọi nó là vật chất tối”.
Mặc dù sự tồn tại của vật chất tối đã được khẳng định và các nhà khoa học quan sát được cách nó vận hành, bản chất thực sự của nó vẫn là một ẩn số. Trong 50 năm qua, nhiều giả thuyết đã được đưa ra nhưng chưa có giả thuyết nào được củng cố bằng dữ liệu thực nghiệm đủ mạnh. Những nghiên cứu như lần này nhằm đưa ra các phương pháp thực tiễn để tiến gần hơn đến câu trả lời cuối cùng.
Trong số những ứng cử viên sáng giá của vật chất tối có các Hạt nặng tương tác yếu (WIMP) – những hạt có khối lượng cực lớn, tương tác rất yếu với vật chất thường. Chúng đi xuyên qua mọi thứ mà gần như không bị phát hiện, không phát sáng, không chịu tác động của lực điện từ, vì thế không phản xạ ánh sáng và luôn ở trạng thái vô hình. WIMP chỉ có thể được nhận diện gián tiếp nhờ tác động hấp dẫn của chúng. Đây cũng chính là loại vật chất tối cần thiết cho sự tồn tại của các sao lùn tối.
Hình ảnh minh họa một chú lùn đen. Nguồn: Hình ảnh do nhân viên Sissa Medialab tạo ra bằng Adobe Illustrator
Sakstein giải thích: “Vật chất tối có thể tương tác hấp dẫn, vì vậy nó bị các ngôi sao giữ lại và tích tụ bên trong chúng. Khi điều đó xảy ra, nó có thể tự tương tác rồi tự hủy, giải phóng năng lượng làm nóng ngôi sao”.
Các ngôi sao thông thường, như Mặt Trời, phát sáng nhờ phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi, khi khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn nén vật chất đến mức kích hoạt phản ứng giữa các hạt nhân nguyên tử, giải phóng năng lượng khổng lồ mà ta nhìn thấy dưới dạng ánh sáng. Trong khi đó, sao lùn tối cũng phát sáng nhưng không phải nhờ phản ứng nhiệt hạch.
“Sao lùn tối có khối lượng rất nhỏ, chỉ bằng khoảng 8% khối lượng Mặt Trời”, Sakstein cho biết. Khối lượng thấp như vậy không đủ để khởi động phản ứng nhiệt hạch. Do đó, những vật thể này, dù phổ biến trong vũ trụ, thường chỉ phát ra ánh sáng yếu từ năng lượng sinh ra bởi sự co rút nhỏ do lực hấp dẫn, và được gọi là sao lùn nâu.
Tuy nhiên, khi tồn tại trong những vùng giàu vật chất tối, chẳng hạn trung tâm dải Ngân Hà, sao lùn nâu có thể biến đổi thành dạng khác. Sakstein nhấn mạnh: “Những vật thể này thu thập vật chất tối, khiến chúng trở thành sao lùn tối. Càng nhiều vật chất tối xung quanh, chúng càng thu thập được nhiều hơn. Và càng nhiều vật chất tối tích tụ bên trong, thì năng lượng từ quá trình hủy diệt của nó càng lớn”.
Song, tất cả giả thuyết này chỉ đúng với một dạng vật chất tối nhất định. “Để sao lùn tối tồn tại, vật chất tối phải được cấu tạo từ các hạt WIMP, hoặc bất kỳ hạt nặng nào có khả năng tự tương tác để tạo ra vật chất hữu hình”, Sakstein nói. Các giả thuyết khác, như axion, neutrino vô trùng hay hạt siêu nhẹ mờ, đều quá nhẹ để tạo hiệu ứng mong muốn. Chỉ những hạt có khối lượng lớn, có khả năng tự tương tác và hủy thành năng lượng hữu hình mới cung cấp đủ năng lượng cho sao lùn tối.
Nhưng để giả thuyết này có giá trị, cần có phương pháp cụ thể để xác định sao lùn tối. Vì vậy, Sakstein và cộng sự đề xuất một dấu hiệu đặc trưng: Lithium-7. Đây là nguyên tố cháy rất nhanh trong các sao thường và nhanh chóng biến mất. “Nếu bạn tìm thấy một vật thể giống sao lùn tối, bạn có thể kiểm tra dấu vết của Lithium-7. Nếu nó còn tồn tại, thì đó không thể là sao lùn nâu hay vật thể tương tự”, Sakstein giải thích.
Các công cụ hiện đại như Kính viễn vọng Không gian James Webb được cho là đã có khả năng phát hiện những thiên thể cực lạnh như sao lùn tối. Bên cạnh đó, Sakstein đưa ra một cách tiếp cận khác: “Một lựa chọn khác là quan sát toàn bộ quần thể thiên thể rồi đặt câu hỏi, theo phương pháp thống kê, liệu có nên thêm một quần thể sao lùn tối phụ để mô tả chính xác hơn hay không”.
Nếu trong những năm tới, giới khoa học xác định được một hoặc nhiều sao lùn tối, liệu điều đó có đủ sức củng cố giả thuyết rằng vật chất tối được cấu thành từ WIMP? Sakstein trả lời: “Khá mạnh. Với các ứng cử viên vật chất tối nhẹ, như axion, tôi không nghĩ có thể tìm thấy vật thể nào giống sao lùn tối. Chúng không tích tụ bên trong sao. Nếu tìm thấy sao lùn tối, đó sẽ là bằng chứng mạnh mẽ cho thấy vật chất tối có khối lượng lớn, tương tác mạnh với chính nó nhưng chỉ yếu với mô hình chuẩn. Điều này bao gồm WIMP và cả một số mô hình kỳ lạ khác”.
Tuy vậy, ông cũng lưu ý rằng việc phát hiện sao lùn tối không có nghĩa chắc chắn vật chất tối chính là WIMP, mà có thể là WIMP hoặc một dạng vật chất khác hoạt động gần giống như WIMP.
Nếu giả thuyết này được xác nhận, nó sẽ mở ra hướng nghiên cứu mới, có khả năng làm sáng tỏ một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ.
Một loại vật thể sao mới được đề xuất, được gọi là sao lùn tối, có thể đang ẩn náu trong trung tâm thiên hà của chúng ta. Những ngôi sao mờ nhạt, khối lượng thấp này có thể được cung cấp năng lượng không phải bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân, mà bởi sự hủy diệt của các hạt vật chất tối, có thể hé lộ bản chất khó nắm bắt của một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ. (Ý tưởng của họa sĩ). Nguồn: SciTechDaily.