Bạn đã bao giờ tự hỏi về những thành phần ẩn giấu của vũ trụ mà chúng ta không thể nhìn thấy chưa? Mặc dù chiếm một phần lớn trong vũ trụ, vật chất tối là thứ chúng ta không thể nhìn thấy trực tiếp.
Chúng ta biết nó tồn tại vì tác động của nó lên các thiên hà và các cấu trúc vũ trụ khác, nhưng câu hỏi vẫn còn đó: vật chất tối là gì và các nhà khoa học theo dõi nó như thế nào?
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về cách các nhà khoa học ghép nối câu đố về vật chất tối, bằng cách sử dụng công nghệ tiên tiến và các phương pháp khéo léo.
Vật chất tối là gì?
Vật chất tối là một dạng vật chất không phát ra, hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng, khiến nó hoàn toàn vô hình đối với các thiết bị truyền thống. Mặc dù không thể nhìn thấy, các nhà khoa học tin rằng nó chiếm khoảng 85% khối lượng của vũ trụ. Nếu không có vật chất tối, các thiên hà sẽ không có đủ khối lượng để liên kết với nhau dựa trên các định luật hấp dẫn. Vì vậy, mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy nó, chúng ta biết nó ở đó, ảnh hưởng đến hành vi của các ngôi sao, hành tinh và thiên hà.
Thách thức trong việc phát hiện vật chất tối
Theo dõi vật chất tối giống như cố gắng bắt ma. Vì nó không tương tác với ánh sáng hoặc vật chất thông thường theo cách mà chúng ta có thể phát hiện, nên các phương pháp quan sát truyền thống, như nhìn qua kính viễn vọng, là vô dụng. Thay vào đó, các nhà khoa học dựa vào bằng chứng gián tiếp—manh mối ẩn giấu trong cách các thiên hà hoạt động hoặc cách ánh sáng bị bẻ cong khi di chuyển qua không gian.
Một trong những cách các nhà khoa học nghiên cứu vật chất tối là quan sát các hiệu ứng hấp dẫn của nó. Ví dụ, các thiên hà quay với tốc độ không thể xảy ra dựa trên vật chất hữu hình mà chúng ta có thể quan sát được. Lực hấp dẫn bổ sung có thể là do vật chất tối. Bằng cách đo các chuyển động này và so sánh chúng với khối lượng mà chúng ta có thể nhìn thấy, các nhà khoa học có thể ước tính lượng vật chất tối có trong một hệ sao.
Thấu kính hấp dẫn: Một manh mối về vật chất tối
Một trong những phương pháp thú vị nhất được sử dụng để nghiên cứu vật chất tối được gọi là thấu kính hấp dẫn. Khi ánh sáng từ các ngôi sao hoặc thiên hà xa xôi đi qua một vùng không gian có khối lượng lớn (như cụm hệ sao), ánh sáng bị bẻ cong, giống như thấu kính làm méo hình ảnh. Sự bẻ cong ánh sáng này, hay thấu kính, xảy ra do lực hấp dẫn của vật chất tối trong cụm. Bằng cách quan sát cách ánh sáng bị bẻ cong, các nhà khoa học có thể lập bản đồ phân bố vật chất tối trong vùng đó, ngay cả khi họ không thể nhìn thấy trực tiếp.
Thí nghiệm và Đài quan sát
Để phát hiện vật chất tối, các nhà khoa học đã thiết lập các thí nghiệm và đài quan sát chuyên dụng ở những nơi như phòng thí nghiệm sâu dưới lòng đất và ngoài không gian. Các thí nghiệm này được thiết kế để phát hiện những tương tác yếu giữa vật chất tối và vật chất bình thường. Một ví dụ nổi tiếng là Máy va chạm Hadron lớn (LHC), đặt tại Thụy Sĩ, nơi các nhà vật lý va chạm các hạt ở tốc độ cực cao để xem liệu các hạt vật chất tối có được tạo ra trong các vụ va chạm này hay không.
Một thí nghiệm tiên tiến khác là Khảo sát năng lượng tối (DES), đang xem xét ánh sáng từ các thiên hà để hiểu cách năng lượng tối và vật chất tối hoạt động cùng nhau. Ngoài ra, các thí nghiệm dưới lòng đất như những thí nghiệm ở Nam Cực sử dụng các máy dò được thiết kế đặc biệt để phát hiện bất kỳ dấu hiệu nào về sự hiện diện của vật chất tối. Bằng cách theo dõi cách các hạt tương tác trong những điều kiện nhất định, các nhà khoa học có thể thu thập thêm manh mối về chất khó nắm bắt này.
Tìm kiếm WIMP
Một trong những ứng cử viên hàng đầu cho vật chất tối là một hạt được gọi là WIMP (Hạt khối lượng tương tác yếu). Các hạt này được lý thuyết hóa là có khối lượng và mặc dù chúng không tương tác nhiều với vật chất thông thường, nhưng đôi khi chúng có thể va chạm với các hạt thông thường. Nếu các nhà khoa học có thể phát hiện ra những vụ va chạm hiếm gặp này, điều đó có thể cung cấp bằng chứng trực tiếp về vật chất tối. Một số thí nghiệm đang tìm kiếm cụ thể WIMP và mặc dù chưa có ai phát hiện ra chúng, nhưng cuộc tìm kiếm vẫn tiếp tục.
Tiếp theo là gì trong cuộc tìm kiếm vật chất tối?
Mặc dù các nhà khoa học đã đạt được những tiến bộ đáng kể, nhưng vẫn còn nhiều điều chúng ta chưa biết về vật chất tối. Các công nghệ mới và máy dò nhạy hơn đang được phát triển và các nhà khoa học lạc quan rằng một ngày nào đó, chúng ta sẽ có thể phát hiện trực tiếp vật chất tối. Khi các công cụ của chúng ta được cải thiện, một ngày nào đó chúng ta có thể tiết lộ bản chất thực sự của vật chất tối và hiểu được cách nó định hình vũ trụ.
Kết luận: Câu đố vũ trụ vẫn tiếp diễn
Việc tìm kiếm vật chất tối là một trong những thách thức khoa học thú vị nhất của thời đại chúng ta. Mặc dù chúng ta không thể trực tiếp nhìn thấy hoặc chạm vào vật chất tối, nhưng tác động của nó lên vũ trụ là không thể phủ nhận. Bằng cách nghiên cứu các thiên hà, thấu kính hấp dẫn và tiến hành các thí nghiệm với công nghệ tiên tiến, các nhà khoa học đang dần dần nhưng chắc chắn giải mã được bí ẩn vũ trụ này. Cuộc hành trình còn lâu mới kết thúc, nhưng ai biết được? Có thể một ngày nào đó chúng ta sẽ mở khóa được những bí mật của vật chất tối và khám phá thêm nhiều hơn nữa về các lực ẩn hình thành nên vũ trụ của chúng ta.
