Xác định kích thước thiên hà qua vật chất tối

Vật chất tối là năng lượng bí ẩn chiếm hầu hết khối lượng của vũ trụ, tuy nhiên các nhà khoa học vẫn chưa nhận biết rõ bản chất của nó. Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc ước lượng phần trăm của vật chất tối trong vũ trụ và mô tả những quá trình liên quan đến sự tồn tại của loại vật chất này. Nhưng cho đến nay, chưa có ai từng thiết lập sự phân bố và hoạt động của vật chất tối trong một thiên hà.

Các nhà thiên văn học thuộc Khoa vật lý và vũ trụ học lý thuyết, Đại học Granada, dưới sự chỉ đạo của Eduardo Battaner, cộng tác với các nhà nghiên cứu thuộc Khoa toán học ứng dụng, đã đạt được những bước tiến quan trọng: thiết lập sự phân bố và hoạt động của vật chất tối trong một thiên hà.

Những tính toán mới đối với vật chất tối mô tả độ đậm đặc của nó để từ đó tìm hiểu sự thay đổi của vật chất tối trong một thiên hà. Điều này vẫn chưa được đưa vào thực nghiệm. Cho đến nay, biểu hiện hay hoạt động của vật chất tối chỉ được ước lượng, tính toán qua những phép mô phỏng, tuy nhiên phương pháp mô tả bằng toán học dựa trên phương trình và hàm số mô tả từng thuộc tính của vật chất tối khiến những kết quả này đáng tin cậy hơn.

Cụ thể, phát hiện mới này đem lại hiểu biết chính xác hơn về kích thước thật của một thiên hà. Sự hợp tác giữa các nhà thiên văn học và các nhà toán học đã cho phép phát triển hàm số đậm đặc của vật chất tối trong một thiên hà, mô tả sự phân bố của vật chất tối từ trung tâm thiên hà đến những vùng bên ngoài. Khi quan sát một thiên hà để nghiên cứu vật chất tối, có thể nhận thấy một kích thước thiên hà lớn hơn nhiều so với kích thước được đo từ việc quan sát những bức xạ nhìn thấy. Các nhà khoa học cũng kết luận rằng độ đậm đặc của vật chất tối cao nhất ở trung tâm thiên hà rồi giảm dần ở các vùng bên ngoài, nhưng làm tăng đáng kể kích thước tổng của thiên hà.

Vòng vật chất tối. (Ảnh: Andalucía Innova)

Vật chất tối là thành phần chủ yếu của vũ trụ, nhưng chưa hề được quan sát trực tiếp. Trên thực tế, nó là thành phần tạo nên phần lớn khối lượng của vũ trụ. Khái niệm này được Fritz Zwicky sử dụng lần đầu tiên năm 1933. Ông kết luận về sự tồn tại của một lượng vật chất đáng kể không thể quan sát thấy, nhưng phải tồn tại như một lời giải thích về sự dịch chuyển của thiên hà. Hiện nay, tỷ lệ của vật chất tối trong Vũ trụ là một kiến thức phổ biến: 23% vật chất tối, chỉ hơn 4% vật chất nhìn thấy, phần còn lại là năng lượng tối bí ẩn. Bất chấp thực tế rằng chúng ta biết rất rõ tỷ lệ vật chất tối cũng như hoạt động của nó; bản chất của vật chất tối vẫn chưa được biết rõ. Đó một trong những thách thức quan trọng nhất đối với ngành vũ trụ học.

Eduardo Battaner cho biết: “Với những kết quả này, chúng tôi vẫn chưa biết rõ bản chất của vật chất tối, nhưng chúng tôi đã xác định được hoạt động của nó, và chúng tôi có thông tin có thể giúp tìm hiểu các thuộc tính khác của nó, ví dụ như nhiệt độ”.

Bắt đầu từ khối lượng kiến thức rất rộng của một nhóm các nhà thiên văn học về thiên hà, và áp dụng những kiến thức đó qua những mô hình toán học, một số hàm số biểu diễn phức tạp đã được phát triển. Giáo sư Juan Soler, thuộc Đại học Granda, là người điều hành phần nghiên cứu liên quan đến những mô hình toán học.