Vào một đêm trời quang đãng, bầu trời đầy sao dường như vô tận. Tuy nhiên, những thiên hà ngoạn mục, những tinh vân rực rỡ và vô số điểm sáng có thể nhìn thấy qua ngay cả những kính thiên văn mạnh nhất cũng chỉ hé lộ một phần nhỏ của vũ trụ.

Theo hiểu biết khoa học hiện nay, tất cả những gì chúng ta có thể quan sát trực tiếp chỉ chiếm chưa đến năm phần trăm tổng khối lượng-năng lượng của vũ trụ.

95% còn lại bao gồm hai thành phần vô hình—vật chất tối và năng lượng tối—vẫn tiếp tục thách thức sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

Chúng ta thực sự có thể nhìn thấy gì?

Vũ trụ hữu hình bao gồm vật chất thông thường, bao gồm các ngôi sao, hành tinh, thiên hà, khí, bụi và mọi sinh vật sống trên Trái đất. Vật chất quen thuộc này được cấu tạo từ các nguyên tử, những khối xây dựng cơ bản của mọi thứ chúng ta gặp trong cuộc sống hàng ngày.

Mặc dù rất phổ biến trong trải nghiệm hàng ngày của chúng ta, vật chất thông thường chỉ chiếm khoảng 4,9% tổng khối lượng-năng lượng của vũ trụ. Nói cách khác, gần như mọi thứ tạo nên vũ trụ đều tồn tại ngoài tầm quan sát trực tiếp.

Ảnh hưởng vô hình của vật chất tối

Vật chất tối chiếm khoảng 26,8% vũ trụ. Nó không phát ra, hấp thụ hay phản xạ ánh sáng, khiến nó vô hình đối với kính viễn vọng. Mặc dù không thể quan sát trực tiếp, sự hiện diện của nó được tiết lộ thông qua lực hấp dẫn.

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng các thiên hà quay nhanh hơn nhiều so với những gì vật chất nhìn thấy được có thể giải thích. Ảnh hưởng hấp dẫn bổ sung được cho là do vật chất tối gây ra giải thích cho những quan sát này và giúp giải thích cách các thiên hà và cụm thiên hà duy trì sự ổn định trong hàng tỷ năm.

Mặc dù đã có hàng thập kỷ nghiên cứu, bản chất thực sự của vật chất tối vẫn chưa được biết đến. Bằng chứng hiện tại cho thấy nó tương tác với vật chất thông thường chủ yếu thông qua lực hấp dẫn, khiến nó trở thành một trong những vấn đề chưa được giải quyết quan trọng nhất trong vật lý hiện đại.

Vũ trụ giãn nở và năng lượng tối

Điều bí ẩn hơn nữa là năng lượng tối, chiếm khoảng 68,3% vũ trụ. Các quan sát đã chỉ ra rằng vũ trụ không chỉ đang giãn nở mà còn giãn nở với tốc độ ngày càng gia tăng. Các nhà khoa học cho rằng hiện tượng này là do năng lượng tối gây ra, mặc dù bản chất chính xác của nó vẫn chưa được xác định rõ. Thay vì chậm lại sau Vụ nổ lớn, sự giãn nở của vũ trụ đã tiếp tục tăng tốc trong hàng tỷ năm, ảnh hưởng sâu sắc đến sự tiến hóa và cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ.

Làm thế nào các nhà khoa học biết được điều đó?

Vì vật chất tối và năng lượng tối không thể quan sát trực tiếp, các nhà khoa học nghiên cứu ảnh hưởng của chúng lên vũ trụ. Bằng chứng đến từ nhiều quan sát độc lập, bao gồm bức xạ nền vi sóng vũ trụ—bức xạ yếu ớt còn sót lại từ Vụ nổ lớn—chuyển động của các thiên hà, sự phân bố của các cụm thiên hà và thấu kính hấp dẫn, một hiện tượng trong đó các vật thể có khối lượng lớn bẻ cong đường đi của ánh sáng. Cùng nhau, những quan sát này nhất quán chỉ ra rằng vũ trụ hữu hình chỉ đại diện cho một phần nhỏ của vũ trụ, trong khi phần lớn các thành phần của nó vẫn vô hình.

Tại sao điều này lại quan trọng?

Hiểu về vật chất tối và năng lượng tối là điều cần thiết để trả lời một số câu hỏi cơ bản nhất trong thiên văn học. Những thành phần bí ẩn này ảnh hưởng đến cách các thiên hà hình thành, cách vũ trụ tiến hóa và cách tương lai của nó có thể diễn ra.

Để điều tra những bí ẩn này, các nhà khoa học sử dụng các máy dò dưới lòng đất tinh vi, các đài quan sát mạnh mẽ và các kính viễn vọng không gian tiên tiến. Mỗi quan sát mới cung cấp những manh mối quý giá, đưa các nhà nghiên cứu đến gần hơn với việc hiểu được thành phần thực sự của vũ trụ.

Mỗi khi nhìn lên bầu trời đêm, chúng ta chỉ quan sát được một phần nhỏ của vũ trụ. Vượt ra ngoài những vì sao và thiên hà mà mắt thường có thể nhìn thấy là một vũ trụ rộng lớn, vô hình, bị chi phối bởi vật chất tối và năng lượng tối. Mặc dù nhiều câu hỏi vẫn chưa được giải đáp, những tiến bộ không ngừng trong thiên văn học và vật lý tiếp tục làm sâu sắc thêm hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, đưa nhân loại đến gần hơn với việc hé lộ bản chất của phần lớn vũ trụ ẩn giấu này.