Một nhóm các nhà vật lý thiên văn ở Mỹ đã thực hiện một trong những phép đo chính xác nhất từng có về tổng số vật chất trong vũ trụ - một trong những bí ẩn từ lâu chưa được khám phá.
Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố mới đây trên The Astrophysical Journal (Tạp chí vật lý thiên văn). Nó cho biết vật chất chiếm 31,5% (với sai số ±1,3%) tổng lượng vật chất và năng lượng tạo nên vũ trụ.
68,5% còn lại là năng lượng tối - một lực bí ẩn gây ra sự giãn nở gia tốc của vũ trụ đã được phát hiện lần đầu tiên qua việc quan sát các supernova ở rất xa vào cuối những năm 1990.
Nói một cách khác, điều này có nghĩa là tổng số vật chất trong vũ trụ quan sát được tương đương với 66 nghìn tỷ tỷ (21 số 0 sau số 66) lần khối lượng của Mặt Trời - theo cho biết của Mohamed Abdullah, tác giả chính của nghiên cứu đồng thời là nhà vật lý thiên văn ở Đại học California, Riverside (UCR).
Hầu hết lượng vật chất này (chiếm khoảng 80%) được gọi là vật chất tối. Bản chất của nó còn chưa được biết rõ, nhưng nó có thể bao gồm một số hạt hạ nguyên tử mà tới nay chưa được khám phá. (Đọc thêm bài: Vật chất tối và năng lượng tối.)
Phép đo mới nhất này khớp với những giá trị được tìm ra trước đó bởi các nhóm nghiên cứu sử dụng những kỹ thuật khác trong vũ trụ học, chẳng hạn như bằng cách đo biến thiên nhiệt độ của bức xạ năng lượng thấp tàn dư của Big Bang.
Giáo sư Gillian Wilson ở UCR, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: "Đó là cả một quá trình rất dài suốt hơn một thế kỷ mà chúng ta đang ngày càng thu được kết quả chính xác hơn."
"Thật tuyệt khi có thể thực hiện một phép đo cơ bản như vậy về vũ trụ mà không cần rời khỏi Trái Đất," bà nói thêm.
Vậy chính xác thì bạn cân vũ trụ như thế nào?
Nhóm nghiên cứu đã cải thiện một kỹ thuật có từ 90 năm trước được sử dụng để quan sát cách mà các thiên hà chuyển động trong các cụm thiên hà - những hệ thống có thể chứa tới hàng nghìn thiên hà.
Những quan sát này cho họ biết độ lớn của lực hấp dẫn của các thiên hà, và từ đó xác định được khối lượng của chúng qua các tính toán.
Số phận của vũ trụ
Wilson giải thích rằng trên thực tế, kỹ thuật của họ ban đầu đã được phát triển bởi nhà thiên văn đi trước là Fritz Zwicky - người đầu tiên đã dự đoán về sự tồn tại của vật chất tối trong các cụm thiên hà từ những năm 1930.
Zwicky nhận thấy rằng tổng khối lượng được tính ra qua lực hấp dẫn của các thiên hà mà ông quan sát ở cụm thiên hà Coma là không đủ để ngăn cản việc chúng dịch chuyển ra xa khỏi nhau. Điều đó có nghĩa là phải có một loại vật chất vô hình nữa tham gia.
Nhóm nghiên cứu của UCR đã cải tiến kỹ thuật của Zwicky và phát triển một công cụ mà họ gọi là GalWeight có thể xác định được chính xác hơn việc thiên hà nào thuộc một cụm thiên hà nhất định và thiên hà nào không thuộc cụm đó.
Họ áp dụng công cụ này vào khảo sát bầu trời Sloan (SDSS) - khảo sát mang lại những bản đồ 3 chiều chi tiết nhất từng có về vũ trụ, đo khối lượng của 1.800 cụm thiên hà và lập danh mục của chúng.
Cuối cùng, họ so sánh số lượng thiên hà quan sát được trên một đơn vị thể tích trong danh mục đó với một loạt các mô phỏng máy tính mà trong đó mỗi mô phỏng được cho một giá trị khác nhau về lượng vật chất của vũ trụ.
Những mô phỏng với lượng vật chất quá ít thì có quá ít cụm thiên hà, trong khi những mô phỏng quá nhiều vật chất thì có quá nhiều cụm.
Giá trị "Goldilocks" (giá trị vừa đủ) mà họ tìm thấy khớp với những mô phỏng đủ phù hợp.
Wilson giải thích rằng việc có được phép đo chính xác hơn về tổng lượng vật chất của vũ trụ có thể đưa chúng ta tiến một bước gần hơn tới việc hiểu được bản chất của vật chất tối, bởi "chúng ta biết có bao nhiêu vật chất cần tìm kiếm" khi các nhà khoa học thực hiện các thí nghiệm hạt, chẳng hạn như ở máy gia tốc LHC.
Không chỉ thế, Wilson bổ sung rằng tổng lượng vật chất tối và năng lượng tối còn cho chúng ta biết thêm về số phận của vũ trụ, mà hiện nay cộng đồng khoa học đang đồng thuận rằng sẽ kết thúc bằng một "Vụ đóng băng lớn" khi mà các thiên hà đi ngày càng xa nhau và tất cả mọi sao trong vũ trụ cuối cùng sẽ hết nhiên liệu để tỏa sáng.
Bryan
Theo Phys.org
