Vật chất tối có chịu lực hấp dẫn giống như vật chất thường không? Đây là thành phần vô hình trong vũ trụ, không phát ra hay phản xạ ánh sáng nên rất khó quan sát. Một nhóm nghiên cứu có thành viên từ Đại học Geneva (UNIGE) đã kiểm tra hành vi của nó ở quy mô vũ trụ. Kết quả đăng trên Nature Communications cho thấy vật chất tối có vẻ cư xử giống vật chất thường, nhưng vẫn có khả năng tồn tại một tương tác chưa biết. Phát hiện này giúp hiểu thêm về loại vật chất bí ẩn này.
Vật chất thông thường tuân theo 4 lực cơ bản: hấp dẫn, điện từ, tương tác mạnh và tương tác yếu. Còn vật chất tối thì sao? Vì vô hình và khó đo trực tiếp, nó có thể tuân theo cùng những qui luật này, hoặc có thể chịu một lực thứ năm chưa được biết đến.
Để tháo gỡ bí ẩn này, nhóm UNIGE kiểm tra xem trên quy mô vũ trụ, vật chất tối có “rơi” vào các giếng trọng lực giống như vật chất thường hay không. Các thiên thể rất nặng làm không gian bị cong, tạo nên các giếng trọng lực. Vật chất thường như hành tinh, sao và thiên hà rơi vào các giếng này theo các nguyên lý đã biết, gồm thuyết tương đối rộng của Einstein và các phương trình Euler. Câu hỏi là: vật chất tối có hành xử như vậy hay không?
Theo Camille Bonvin (UNIGE), nhóm nghiên cứu đã so sánh vận tốc của các thiên hà trên khắp vũ trụ với độ sâu của các giếng trọng lực. Nếu không có lực thứ năm, các thiên hà (vốn chứa nhiều vật chất tối) sẽ rơi vào giếng giống như vật chất thường, chỉ do hấp dẫn chi phối. Nếu có lực thứ năm, chuyển động của chúng sẽ khác. So sánh “độ sâu giếng” với “vận tốc thiên hà” cho phép kiểm tra điều này.
Áp dụng phương pháp trên cho dữ liệu hiện có, nhóm kết luận rằng vật chất tối rơi vào giếng trọng lực giống vật chất thường, tức là vẫn tuân theo các phương trình Euler.
Dù vậy, kết luận này chưa thể loại trừ hoàn toàn một lực chưa biết. Nếu tồn tại lực thứ năm, cường độ của nó phải nhỏ hơn 7% lực hấp dẫn, vì mạnh hơn mức đó thì đã thấy dấu hiệu trong phân tích.
Đây là bước tiến quan trọng trong việc xác định tính chất của vật chất tối. Thách thức tiếp theo là xác định chắc chắn liệu có một lực thứ năm tác động lên nó hay không.
Dữ liệu mới từ các thí nghiệm như LSST (Legacy Survey of Space and Time, một khảo sát bầu trời quy mô lớn theo thời gian) và DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument, dụng cụ quang phổ nghiên cứu năng lượng tối) sẽ đủ nhạy để phát hiện các lực yếu chỉ bằng 2% lực hấp dẫn. Nhờ đó, chúng ta có thể hiểu rõ hơn hành vi của vật chất tối.
Nguyễn Đình Nam
Theo Phys.org
