Việc săn tìm sóng hấp dẫn, những gợn sóng trong không - thời gian do các vụ va chạm vũ trụ gây ra, có thể giúp giải đáp một trong những bí ẩn hấp dẫn của vũ trụ: mây boson và việc liệu chúng có phải là ứng viên hàng đầu cho vật chất tối hay không.
Các nhà nghiên cứu đang sử dụng các công cụ hiện đại như đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế LIGO, Virgo và KAGRA. Chúng có thể phát hiện các sóng hấp dẫn cách xa hàng tỷ năm ánh sáng để xác định vị trí các đám mây boson tiềm năng. Các đám mây boson, được tạo thành từ các hạt hạ nguyên tử siêu nhẹ hầu như không thể phát hiện được, được cho có thể là nguồn của vật chất tối – loại vật chất chiếm khoảng 85% tất cả các vật chất trong vũ trụ.
Giờ đây, một nghiên cứu quốc tế lớn mới được thực hiện với sự hợp tác của LIGO-Virgo-KAGRA và đồng chỉ đạo bởi các nhà nghiên cứu từ đại học Quốc gia Úc (ANU), đưa ra một trong những hướng đi tốt nhất để săn lùng các hạt hạ nguyên tử này bằng cách tìm kiếm các sóng hấp dẫn gây ra bởi những đám mây boson xoay quanh các lỗ đen.
Tiến sĩ Lilli Sun, đến từ trung tâm Vật lý thiên văn hấp dẫn của ANU, cho biết nghiên cứu này là cuộc khảo sát bầu trời đầu tiên trên thế giới được thiết kế để tìm kiếm các sóng hấp dẫn dự đoán đến từ các đám mây boson có thể xảy ra ở gần các lỗ đen quay nhanh. Tiến sĩ Sun cho biết: “Gần như không thể phát hiện được những hạt boson siêu nhẹ này ở trên Trái Đất. Các hạt này nếu tồn tại, chúng sẽ có khối lượng cực kỳ nhỏ và hiếm khi tương tác với các vật chất khác - đó cũng là một trong những đặc tính quan trọng mà vật chất tối dường như có. Vật chất tối là vật chất không thể nhìn thấy trực tiếp, nhưng chúng ta biết rằng vật chất tối tồn tại vì tác dụng của nó đối với những vật thể mà chúng ta có thể quan sát được. Nhưng bằng cách tìm kiếm sóng hấp dẫn do những đám mây này phát ra, chúng tôi có thể truy tìm những hạt boson khó nắm bắt này và có thể mở khóa bí ẩn của vật chất tối. Tìm kiếm này cũng có thể cho phép chúng tôi loại trừ một số hạt boson siêu nhẹ mà về lý thuyết là có thể tồn tại nhưng thực tế thì không”.
Tiến sĩ Sun, đồng thời là điều tra viên liên kết tại trung tâm Phát hiện Sóng hấp dẫn lớn của ARC (OzGrav), cho biết các thiết bị dò sóng hấp dẫn cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra năng lượng của các lỗ đen quay nhanh do những đám mây boson khai thác nếu chúng tồn tại. Bà nói: "Chúng tôi tin rằng những lỗ đen này bẫy một số lượng lớn các hạt boson trong trường trọng lực mạnh của chúng, tạo ra một đám mây đan xen với chúng. Vũ điệu tinh tế này tiếp diễn trong suốt hàng triệu năm và liên tục tạo ra sóng hấp dẫn truyền đi trong không gian."
Trong khi các nhà nghiên cứu vẫn chưa phát hiện ra sóng hấp dẫn từ các đám mây boson, Tiến sĩ Sun cho biết khoa học sóng hấp dẫn đã “mở ra những cánh cửa mà trước đây từng đóng kín”.
Bà nói: “Những khám phá về sóng hấp dẫn không chỉ cung cấp thông tin về các vật thể nhỏ và đặc bí ẩn trong vũ trụ, như lỗ đen và sao neutron, mà còn cho phép chúng ta tìm kiếm các hạt mới và vật chất tối. Các thiết bị dò sóng hấp dẫn trong tương lai chắc chắn sẽ mở ra nhiều khả năng hơn. Chúng ta sẽ có thể tiếp cận sâu hơn vào vũ trụ và khám phá thêm những hiểu biết sâu sắc hơn về những hạt này. Ví dụ, việc phát hiện ra các đám mây boson bằng cách sử dụng máy dò sóng hấp dẫn sẽ mang lại những hiểu biết quan trọng về vật chất tối và giúp thúc đẩy các tìm kiếm khác về vật chất tối. Nó cũng sẽ nâng cao và mở rộng hơn hiểu biết của chúng ta về vật lý hạt”.
Trong một bước đột phá quan trọng khác, nghiên cứu cũng làm sáng tỏ thêm về cơ hội tồn tại của các đám mây boson trong thiên hà của chúng ta bằng cách xem xét tuổi của chúng. Tiến sĩ Sun cho biết, độ lớn của một sóng hấp dẫn bất kì sẽ phụ thuộc vào tuổi của đám mây boson tạo ra nó, những đám mây lâu đời hơn sẽ phát ra tín hiệu sóng hấp dẫn yếu hơn. Và đám mây boson sẽ co lại khi mất năng lượng bằng cách phát ra sóng hấp dẫn.
“Chúng tôi biết được rằng một loại đám mây boson cụ thể có tuổi dưới 1.000 năm có khả năng không tồn tại ở bất kỳ đâu trong thiên hà của chúng ta, còn những đám mây có tuổi đời lên đến 10 triệu năm thì không có khả năng tồn tại trong khoảng cách 3.260 năm ánh sáng tính từ Trái Đất” - Tiến sĩ Sun cho biết.
Minh Phương
Theo Phys.org
