Khi nhìn lên bầu trời đêm, bạn sẽ thấy những ngôi sao, thiên hà và những đám mây khí phát sáng. Nhưng điều thú vị là: tất cả những thứ lấp lánh đó chỉ chiếm chưa đến 5% vũ trụ.

Phần còn lại được tạo nên từ những nhân tố bí ẩn mà chúng ta không thể trực tiếp nhìn thấy - vật chất tối và năng lượng tối. Hướng dẫn này sẽ giải mã những gì các nhà khoa học thực sự biết, những gì họ vẫn đang tìm hiểu, và tại sao tất cả nghe giống như một cuốn tiểu thuyết bí ẩn về vũ trụ.

Vật chất tối—Chất keo vô hình

Hãy bắt đầu với vật chất tối. Mặc dù có tên như vậy, nó không hề đáng sợ—nó chỉ vô hình và rất khó phát hiện. Tuy nhiên, nếu không có nó, các thiên hà thậm chí có thể không thể kết nối với nhau.

Tại sao chúng ta nghĩ nó tồn tại

Các nhà thiên văn học quan sát thấy các ngôi sao trong thiên hà quay quanh tâm của chúng với tốc độ không thể giải thích được chỉ bằng lực hấp dẫn từ vật chất hữu hình, chẳng hạn như sao, khí và bụi. Theo thuyết hấp dẫn Newton, nếu chỉ có vật chất hữu hình tồn tại, các ngôi sao ở xa tâm thiên hà sẽ chuyển động chậm hơn, tương tự như cách các hành tinh quay quanh Mặt trời.

Tuy nhiên, các quan sát cho thấy tốc độ quay vẫn gần như không đổi hoặc "phẳng" ngay cả khi ở xa tâm. Sự khác biệt này cho thấy phải có thêm một khối lượng vô hình tác dụng lực hấp dẫn để giữ cho thiên hà kết nối với nhau. Các nhà khoa học gọi khối lượng vô hình này là "vật chất tối".

Vật chất tối không phát xạ, hấp thụ hay phản xạ ánh sáng, nên không thể quan sát trực tiếp, nhưng tác động hấp dẫn của nó lên các ngôi sao và thiên hà cung cấp bằng chứng gián tiếp mạnh mẽ về sự tồn tại của nó. Vật chất tối này tạo thành một quầng sáng bao quanh các thiên hà, tạo ra lực hấp dẫn bổ sung cần thiết để giải thích các đường cong quay phẳng được quan sát.

Vật chất tối không phải là gì

Vật chất tối không phải là các ngôi sao, hành tinh hay đám mây khí. Nó không phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, đó là lý do tại sao kính thiên văn không thể quan sát được nó. Nó cũng không được tạo thành từ các hạt thông thường mà chúng ta quen thuộc.

Vật chất tối có bao nhiêu

Vật chất tối chiếm khoảng 27% vũ trụ. Con số này lớn hơn nhiều so với lượng vật chất chúng ta có thể nhìn thấy. Hãy tưởng tượng nó như một giàn giáo vô hình giữ các thiên hà cố định tại chỗ.

Cách các nhà khoa học săn lùng nó

Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy vật chất tối trực tiếp, các nhà khoa học vẫn thiết kế các thí nghiệm sâu dưới lòng đất để ghi lại những tương tác hiếm hoi của nó. Họ cũng sử dụng kính viễn vọng khổng lồ để lập bản đồ cách lực hấp dẫn bẻ cong ánh sáng từ các thiên hà xa xôi - một hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn.

Phép so sánh thú vị

Hãy tưởng tượng bạn bước vào một căn phòng và thấy rèm cửa chuyển động, nhưng không có ai ở đó. Chắc hẳn có thứ gì đó vô hình đang gây ra sự dịch chuyển này. Đó là vật chất tối - nó khiến các thiên hà chuyển động theo những cách mà chúng ta không thể giải thích chỉ bằng những thứ hữu hình.

Năng lượng tối—Máy gia tốc vũ trụ

Nếu vật chất tối giữ mọi thứ lại với nhau, thì năng lượng tối lại đẩy chúng ra xa nhau. Nó chính là lực bí ẩn đằng sau sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ.

Điều bất ngờ lớn

Trở lại những năm 1990, các nhà thiên văn học dự đoán sự giãn nở của vũ trụ sẽ chậm lại do lực hấp dẫn. Thay vào đó, họ phát hiện ra nó đang tăng tốc! Lời giải thích duy nhất? Một loại năng lượng chưa được biết đến nào đó đang thúc đẩy sự gia tốc này—do đó, năng lượng tối.

Có bao nhiêu

Năng lượng tối thống trị vũ trụ, chiếm gần 68% mọi thứ. Điều đó có nghĩa là phần lớn vũ trụ được điều khiển bởi một thứ mà chúng ta thậm chí còn chưa hiểu hết.

Nó có thể là gì

Các nhà khoa học vẫn chưa biết chính xác năng lượng tối là gì, nhưng nó được hiểu là một dạng năng lượng bí ẩn thấm nhuần toàn bộ không gian và thúc đẩy sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ. Một ý tưởng hàng đầu là năng lượng tối là một đặc tính nội tại của chính không gian, thường được mô phỏng như hằng số vũ trụ học - một mật độ năng lượng không đổi lấp đầy không gian trống một cách đồng đều. Một ý tưởng khác là năng lượng tối có thể là một trường năng lượng động trải rộng khắp vũ trụ, đôi khi được gọi là "tinh túy", với mật độ có thể thay đổi theo thời gian.

Bất kể bản chất của nó là gì, năng lượng tối đều tạo ra một lực hấp dẫn đẩy, hoạt động như một động cơ vũ trụ, đẩy các thiên hà ra xa nhau hơn và khiến tốc độ giãn nở của vũ trụ tăng tốc. Hiện nay, năng lượng tối chiếm khoảng 68-70% tổng năng lượng của vũ trụ. Mặc dù có tác động sâu sắc đến vũ trụ, năng lượng tối không tương tác với ánh sáng hoặc vật chất thông thường theo những cách có thể phát hiện được, khiến việc nghiên cứu trực tiếp năng lượng tối rất khó khăn.

Tại sao nó quan trọng?

Năng lượng tối không chỉ định hình hiện tại mà còn quyết định tương lai của vũ trụ. Nếu nó tiếp tục đẩy, các thiên hà sẽ trôi dạt ra xa nhau đến mức bầu trời đêm cuối cùng có thể trở nên trống rỗng và tối hơn.

Một phép so sánh thú vị

Hãy tưởng tượng vũ trụ như một ổ bánh mì khổng lồ đang nướng trong lò. Vật chất tối giống như men vô hình giữ cho khối bột kết dính, trong khi năng lượng tối là nhiệt lượng khiến nó nở ra ngày càng nhanh.

Vật chất tối và năng lượng tối nghe có vẻ bí ẩn, nhưng chúng đóng vai trò trung tâm trong việc tìm hiểu vũ trụ. Vật chất tối hoạt động như một chất keo ẩn, giữ các thiên hà lại với nhau và định hình cấu trúc vũ trụ. Mặt khác, năng lượng tối thúc đẩy sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ. Cùng nhau, chúng chiếm khoảng 95% vũ trụ, mặc dù chúng ta không thể trực tiếp nhìn thấy chúng.

Điểm mấu chốt ở đây là: vũ trụ chủ yếu là những thế lực vô hình hoạt động đằng sau hậu trường. Và mặc dù chúng ta chưa có tất cả câu trả lời, việc khám phá những bí ẩn này vẫn khiến khoa học trở nên thú vị, khiêm nhường và vô tận đầy những điều kỳ diệu.