Những bí ẩn bạn chưa biết về vật chất tối và năng lượng tối

Rất nhiều người chưa có nghiên cứu nhiều về vũ trụ học thường nhầm lẫn 2 khái niệm này, coi chúng là một. Thực chất vật chất tối (dark matter) và năng lượng tối (dark energy) là 2 khái niệm hoàn toàn độc lập từ lịch sử đên bản chất.

Vật chất tối

Vật chất tối (dark matter) là loại vật chất ẩn tồn tại ở khắp mọi nơi trong vũ trụ. Năm 1933, Fritz Zwicky phát hiện ra sự xuất hiện của loai vật chất này khi đo vẫn tốc của các thiên hà trong cụm thiên hà Coma. Có hai phương pháp cơ bản để xác định khối lượng của một thiên hà.

• Cách thứ nhất là sự phân tán vận tốc trong cụm thiên hà. Thiên hà có khối lượng càng lớn sẽ càng có sự phân tán vận tốc rõ nét ra các thiên hà lân cận và nhờ phương pháp đó có thể xác định được tổng khối lượng của cụm thiên hà.
• Cách thứ hai là xác định độ chói của các thiên hà để rút ra khối lượng của chúng và từ đó tính được tổng khối lượng của cụm.

Điều đáng chú ý là khối lượng của một cụm thiên hà tính theo cách thứ nhất luôn lớn hơn rất nhiều khối lượng tính theo cách hai, không thể do bất cứ sai số nào của phép đo. Như vậy có thể suy đoán rằng có sự tồn tại của một loại vật chất còn chưa biết. Chính sự tồn tại của vật chất này mà khối lượng thật của các thiên hà thực chất lớn hơn rất nhiều khối lượng có thể quan sát được.

Vật chất tối (dark matter) là loại vật chất ẩn tồn tại ở khắp mọi nơi trong vũ trụ.

Vật chất tối ngày nay được thừa nhận rộng rãi do nhiều quan sát gián tiếp xác nhận. Tuy vậy đúng như cái tên của mình, nó không phát ra bức xạ điện từ nên chỉ có thể quan sát gián tiếp qua hiệu ứng hấp dẫn. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi là vật chất tối tạo thành từ các hạt nặng tương tác yếu (WIMP) chỉ tham gia hai trong số bốn tương tác cơ bản là tương tác hấp dẫn và tương tác yếu. Mô hình hiện đại ước tính vật chất tối chiếm khoảng 26,8% tổng số vật chất và năng lượng trong vũ trụ, độc lập với hai thành phần còn lại là vật chất thông thường (các loại hạt trong Mô hình chuẩn) và năng lượng tối.

Năng lượng tối

Năng lượng tối (dark energy) là năng lượng vô hình tồn tại trong vũ trụ, được suy ra từ thuyết tương đối rộng của Einstein. Tiên đoán của thuyết tương đối rộng cho biết sự có mặt của loại năng lượng này là cần thiết cho sự giãn nở gia tốc của vũ trụ. Vũ trụ có tốc độ giãn nở như đã biết ngày nay là rất lớn và đang ngày càng tăng nhanh, sự giãn nở này được giải thích là do thành phần năng lượng trong vũ trụ bao gồm ba phần chính là vật chất thông thường, vật chất tối và năng lượng tối. Trong ba thành phần đó thì có 4,9% vật chất thông thường, 26,8% vật chất tối, hai loại vật chất này làm hạn chế sự nở ra của vũ trụ nhờ tương tác hấp dẫn.

Tuy nhiên vũ trụ vẫn giãn nở gia tốc do năng lượng tối đóng vai trò làm nó giãn nở chiếm đến 68,3% tổng vật chất và năng lượng của vũ trụ (tỷ lệ ước tính dựa trên các phép đo chính xác nhất tính tới năm 2016). Năng lượng tối có mật độ trung bình trong vũ trụ thấp hơn nhiều so với mật độ vật chất và vật chất tối trong các thiên hà (chỉ khoảng 7×10−30 g/cm³), nhưng lại chiếm ưu thế trên toàn vũ trụ vì nó không có tính tập trung như các dạng vật chất, nó có mật độ đồng đều ở mọi nơi trong vũ trụ (hầu hết không gian trong vũ trụ là môi trường liên thiên hà có mật độ vật chất rất thấp).

(Sự có mặt của năng lượng tối dẫn đến sự giãn nở lạm phát của vũ trụ và hiện nay tiếp tục làm vũ trụ giãn nở mãi mãi).

Đặng Vũ Tuấn Sơn