Khi nhìn lên bầu trời đêm, chúng ta thấy các ngôi sao, hành tinh và thiên hà, nhưng nếu tôi nói với bạn rằng vẫn còn nhiều thứ khác ngoài kia mà chúng ta không thể nhìn thấy hoặc thậm chí không thể phát hiện trực tiếp thì sao?

Vũ trụ ẩn này được tạo thành từ các lực bí ẩn gọi là vật chất tối và năng lượng tối. Mặc dù nghe có vẻ như khoa học viễn tưởng, nhưng những lực vô hình này chiếm khoảng 95% vũ trụ!

Vậy, làm sao chúng ta có thể giải thích được thứ mà chúng ta không thể nhìn thấy, chạm vào hoặc đo lường trực tiếp? Hãy cùng tìm hiểu khoa học đằng sau vật chất tối và năng lượng tối, và xem chúng định hình vũ trụ của chúng ta như thế nào.

Vật chất tối là gì?

Chúng ta hãy bắt đầu với vật chất tối, thường được mô tả là "chất keo vô hình" giữ các thiên hà lại với nhau. Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy nó, nhưng chúng ta biết nó ở đó vì các hiệu ứng hấp dẫn của nó. Vật chất tối không phát ra, hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng, khiến nó hoàn toàn vô hình đối với kính thiên văn. Tuy nhiên, chúng ta có thể quan sát sự hiện diện của nó bằng cách nhận thấy cách nó ảnh hưởng đến chuyển động của các thiên hà.

Khi chúng ta nhìn vào các thiên hà, chúng quay nhanh hơn nhiều so với bình thường, dựa trên vật chất hữu hình mà chúng ta có thể thấy trong chúng. Điều này cho thấy có thứ gì đó khác tác động lực hấp dẫn—thứ gì đó vô hình nhưng đủ lớn để ảnh hưởng đến cách các thiên hà di chuyển. Chúng ta có thể coi vật chất tối như một loại giàn giáo vũ trụ, giúp định hình cấu trúc của vũ trụ, mặc dù chúng ta vẫn chưa biết nó được tạo thành từ gì.

Làm sao chúng ta biết vật chất tối tồn tại?

Bạn có thể tự hỏi, nếu chúng ta không thể nhìn thấy vật chất tối, làm sao chúng ta có thể chắc chắn rằng nó tồn tại? Câu trả lời nằm ở ảnh hưởng của nó đối với những thứ chúng ta có thể nhìn thấy. Khi chúng ta nghiên cứu các thiên hà và cụm sao, các nhà khoa học nhận thấy rằng chỉ riêng vật chất hữu hình không giải thích được cách các cấu trúc này hoạt động. Các hiệu ứng hấp dẫn mà chúng ta nhìn thấy—như cách các thiên hà bẻ cong ánh sáng xung quanh chúng (một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn)—cho thấy có nhiều khối lượng hơn những gì mắt thường nhìn thấy.

Ngoài ra, các mô phỏng về cách các thiên hà hình thành và tiến hóa cho thấy vật chất tối là cần thiết để giải thích cho cấu trúc của chúng. Nếu không có vật chất tối, các mô hình của chúng ta sẽ sụp đổ. Vì vậy, mặc dù chúng ta không thể phát hiện trực tiếp, chúng ta biết vật chất tối phải ở đó dựa trên các tác động của nó lên vũ trụ hữu hình.

Năng lượng tối là gì?

Nếu vật chất tối là "chất keo" giữ mọi thứ lại với nhau, thì năng lượng tối là lực khiến mọi thứ bay ra xa nhau. Năng lượng tối là một lực bí ẩn chịu trách nhiệm cho sự giãn nở nhanh chóng của vũ trụ. Bạn có thể đã nghe nói rằng vũ trụ đang giãn nở, nhưng điều bạn có thể không biết là sự giãn nở này thực sự đang tăng tốc. Trước đây, các nhà khoa học nghĩ rằng lực hấp dẫn sẽ làm chậm sự giãn nở của vũ trụ, nhưng các quan sát từ các thiên hà xa xôi cho thấy điều ngược lại—nó đang diễn ra nhanh hơn.

Khám phá đáng ngạc nhiên này được thực hiện vào cuối những năm 1990 và dẫn đến nhận thức rằng năng lượng tối chiếm khoảng 68% vũ trụ. Giống như vật chất tối, năng lượng tối vô hình và không thể phát hiện trực tiếp, nhưng tác động của nó thì rõ ràng: nó đang đẩy vũ trụ ra xa nhau.

Mối liên hệ giữa vật chất tối và năng lượng tối

Vậy, vật chất tối và năng lượng tối hoạt động cùng nhau như thế nào, nếu có? Mặc dù về bản chất chúng rất khác nhau, nhưng cả hai đều đóng vai trò quan trọng trong việc định hình vũ trụ. Vật chất tối hoạt động bằng cách tạo ra lực hấp dẫn, giúp hình thành các thiên hà và giữ chúng lại với nhau. Mặt khác, năng lượng tối hoạt động theo cách ngược lại, đẩy mọi thứ ra xa nhau và khiến vũ trụ giãn nở.

Hai lực này giống như âm và dương của vũ trụ: vật chất tối giúp cấu trúc vũ trụ, trong khi năng lượng tối đẩy nhanh quá trình giãn nở của vũ trụ. Sự tương tác giữa hai lực này vẫn còn là một bí ẩn, nhưng việc hiểu chúng là một trong những thách thức lớn nhất trong vật lý thiên văn hiện đại.

Tại sao Vật chất tối và Năng lượng tối lại quan trọng với chúng ta?

Bạn có thể thắc mắc, "Tại sao tôi phải quan tâm đến vật chất tối và năng lượng tối?" Câu trả lời rất đơn giản: hiểu được những lực vô hình này là chìa khóa để hiểu được bản chất thực sự của vũ trụ. Hai lực này ảnh hưởng đến mọi thứ, từ sự hình thành các thiên hà cho đến số phận cuối cùng của vũ trụ.

Nếu chúng ta có thể giải mã những bí ẩn về vật chất tối và năng lượng tối, chúng ta có thể hiểu sâu hơn về cách vũ trụ bắt đầu, cách nó tiến hóa và hướng đi của nó. Hơn nữa, chúng có thể giúp trả lời một số câu hỏi sâu sắc nhất trong khoa học: Vũ trụ được tạo thành từ gì? Tại sao nó lại giãn nở? Và điều gì sẽ xảy ra với nó trong tương lai?

Kết luận: Các thế lực vô hình của vũ trụ

Cuối cùng, vật chất tối và năng lượng tối nhắc nhở chúng ta rằng vũ trụ còn nhiều điều hơn những gì chúng ta thấy. Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy chúng trực tiếp, nhưng tác động của chúng định hình mọi thứ chúng ta biết về không gian. Những thế lực vô hình này là một phần thiết yếu của câu đố vũ trụ, giúp giải thích tại sao vũ trụ trông như vậy.

Khi chúng ta tiếp tục khám phá vũ trụ, ai biết được những bí mật nào khác đang chờ được khám phá? Những bí ẩn về vật chất tối và năng lượng tối có thể chỉ là khởi đầu cho hành trình của chúng ta vào cõi vô định.