Bạn đã bao giờ nhìn lên bầu trời đêm và tự hỏi vũ trụ thực sự được tạo thành từ gì chưa?
Ngoài các ngôi sao, hành tinh và thiên hà mà chúng ta thấy, còn ẩn chứa những thế lực bí ẩn định hình vũ trụ trên quy mô lớn - những thế lực khó nắm bắt đến mức các nhà khoa học không thể phát hiện trực tiếp bằng bất kỳ kính viễn vọng nào.
Đó là vật chất tối và năng lượng tối, hai thực thể vô hình thống trị vũ trụ, nhưng vẫn là một trong những bí ẩn lớn nhất. Việc hiểu được những thành phần vô hình này sẽ tiết lộ cách chúng giữ chặt mạng lưới vũ trụ và đẩy nó ra xa hơn, ảnh hưởng đến quá khứ, hiện tại và tương lai của mọi thứ chúng ta biết.
Vật chất tối là gì? Giàn giáo vũ trụ
Vật chất tối là một dạng vật chất, không giống như vật chất thông thường, không phát ra, hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng, khiến nó trở nên vô hình đối với mọi quan sát điện từ. Tuy nhiên, chúng ta biết nó tồn tại nhờ các hiệu ứng hấp dẫn mà nó gây ra:
• Các thiên hà quay với tốc độ đáng lẽ phải xé chúng ra nếu chỉ có vật chất hữu hình hiện diện. Khối lượng vật chất tối vô hình hoạt động như một giàn giáo ẩn, với lực hấp dẫn giữ chặt các ngôi sao và đám mây khí lại với nhau.
• Ở quy mô lớn hơn, các cụm thiên hà vẫn bị ràng buộc, và thấu kính hấp dẫn - sự bẻ cong ánh sáng từ các vật thể ở xa - mạnh hơn nhiều so với những gì chỉ khối lượng hữu hình có thể giải thích. Lực hấp dẫn của vật chất tối gây ra hiệu ứng thấu kính này.
• Các nhà khoa học ước tính rằng gần 27% tổng khối lượng và năng lượng của vũ trụ là vật chất tối, vượt xa 5% được tạo thành từ các ngôi sao, hành tinh và mọi thứ chúng ta có thể nhìn thấy.
• Vật chất tối được cho là tạo thành các cụm lớn hoặc quầng sáng, trong đó các thiên hà hữu hình được nhúng vào. Sau Vụ nổ Lớn, nó tập hợp dọc theo các cấu trúc giống như sợi, tạo ra một "mạng lưới vũ trụ" nơi vật chất tập hợp lại và các thiên hà được sinh ra.
Mặc dù có tầm quan trọng, vật chất tối vẫn chưa được nhìn thấy trực tiếp. Nó tương tác chủ yếu thông qua lực hấp dẫn và có lẽ yếu thông qua các lực khác, khiến các nhà khoa học phải khám phá các ứng cử viên như WIMP (Hạt nặng tương tác yếu) hoặc axion, mặc dù cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng nào được xác nhận.
Năng lượng tối là gì? Lực bí ẩn của sự giãn nở
Trong khi vật chất tối kéo mọi thứ lại với nhau, thì năng lượng tối lại làm điều ngược lại—nó là một dạng năng lượng kỳ lạ thúc đẩy sự giãn nở của vũ trụ tăng tốc thay vì chậm lại.
• Vào cuối những năm 1990, các nhà thiên văn học đã quan sát thấy các siêu tân tinh ở xa trông mờ hơn dự kiến, cho thấy các thiên hà đang di chuyển ra xa nhau nhanh hơn theo thời gian.
• Khám phá này chỉ ra một lực đẩy lan tỏa khắp không gian, chiếm khoảng 68% khối lượng-năng lượng của vũ trụ.
• Năng lượng tối hoạt động giống như một loại "phản trọng lực", đẩy các thiên hà ra xa nhau và khiến cấu trúc của không gian tự nó giãn ra với tốc độ ngày càng nhanh.
Một số lý thuyết cố gắng giải thích năng lượng tối:
1. Hằng số vũ trụ học—một năng lượng không đổi vốn có trong chính không gian, lấp đầy vũ trụ một cách đồng đều.
2. Các trường động như tinh túy (quintessence) thay đổi cường độ theo thời gian và không gian.
3. Những giải thích kỳ lạ khác liên quan đến những biến đổi của lực hấp dẫn hoặc các lực cơ bản mới.
Bất chấp những ý tưởng này, bản chất chính xác của năng lượng tối vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải. Nó cực kỳ khuếch tán, với mật độ thấp hơn nhiều so với vật chất thông thường nhưng lại thống trị vũ trụ đơn giản vì nó lấp đầy toàn bộ không gian một cách đồng nhất.
Vật chất tối và năng lượng tối định hình vũ trụ như thế nào?
Vật chất tối và năng lượng tối cùng nhau chi phối số phận và cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ:
1. Vai trò của vật chất tối:
Nó hoạt động như chất keo vũ trụ, cho phép các thiên hà và cụm thiên hà hình thành và gắn kết với nhau. Nếu không có vật chất tối, các thiên hà như Ngân Hà của chúng ta sẽ không có đủ lực hấp dẫn để duy trì sự nguyên vẹn.
2. Ảnh hưởng của năng lượng tối:
Nó kiểm soát vận mệnh cuối cùng của vũ trụ bằng cách tăng tốc độ giãn nở. Sự gia tốc này ảnh hưởng đến cách các thiên hà di chuyển ra xa nhau và cách các cấu trúc vũ trụ tiến hóa qua hàng tỷ năm.
3. Sự cân bằng:
Trong vũ trụ sơ khai, lực hấp dẫn từ vật chất (bao gồm cả vật chất tối) làm chậm quá trình giãn nở, cho phép các cấu trúc phát triển. Nhưng khoảng 5 tỷ năm trước, lực đẩy của năng lượng tối đã chiếm ưu thế, khiến tốc độ giãn nở của vũ trụ tăng tốc.
Tại sao điều này lại quan trọng với chúng ta?
Vật chất tối và năng lượng tối không chỉ là những điều kỳ lạ của vũ trụ — việc hiểu chúng là chìa khóa để khám phá những bí mật sâu thẳm nhất của vũ trụ:
• Chúng thách thức hiểu biết của chúng ta về vật lý vượt ra ngoài mô hình chuẩn, truyền cảm hứng cho những ý tưởng mới trong vật lý hạt và vũ trụ học.
• Cách năng lượng tối hoạt động có thể quyết định liệu vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi, chậm lại, hay thậm chí sụp đổ vào một ngày nào đó.
• Việc khám phá những bí ẩn này đang đẩy giới hạn của công nghệ và sự hợp tác khoa học trên toàn cầu, với các dự án lớn như Khảo sát Năng lượng Tối và các máy dò ngầm lớn đang tìm kiếm các hạt vật chất tối.
Hãy nghĩ về vũ trụ vô hình
Khi nhìn lên bầu trời đêm, bạn chỉ thấy một phần nhỏ những gì thực sự tồn tại ngoài kia. Vật chất tối tạo nên một khuôn khổ vô hình cho các thiên hà, trong khi năng lượng tối thúc đẩy sự giãn nở không ngừng của vũ trụ. Tuy vô hình, những lực này định hình mọi thứ chúng ta biết—và còn nhiều điều chúng ta vẫn chưa khám phá.
Bài viết này dựa trên những nghiên cứu tiên tiến từ NASA, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, Đại học Chicago và các tổ chức hàng đầu khác để khám phá vai trò của họ trong vũ trụ. Bạn đã sẵn sàng khám phá cách các nhà khoa học nghiên cứu những thứ không thể nhìn thấy và những thí nghiệm đột phá hé lộ bí mật của họ chưa?
