Chúng ta sống trong một vũ trụ thống trị bởi vật chất không nhìn thấy được, và ở quy mô lớn nhất, các thiên hà và mọi thứ chứa trong chúng tập trung trong những sợi trải dài trên rìa của các khoảng không khổng lồ. Dù được cho là gần như trống rỗng cho đến nay, một nhóm các nhà thiên văn làm việc tại Áo, Đức và Mỹ hiện nay tin rằng những khoảng tối này có thể chứa đến 20% vật chất thông thường trong vũ trụ và các thiên hà chỉ chiếm 1/500 thể tích của vũ trụ. Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Markus Haider của Học viện Vật lý thiên văn và Vật lý hạt của Đại học Innsbruck ở Áo, đã công bố các kết của của họ trên Báo cáo hàng tháng của Hội thiên văn học Hoàng Gia (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).
Quan sát bức xạ vi ba vũ trụ, các đài quan sát vệ tinh hiện đại như COBE, WMAP và Planck dần dần làm hoàn thiện hiểu biết của chúng ta về thành phần cấu tạo của vũ trụ, và những phép đo gần đây nhất gợi ý rằng nó gồm 4,9% là vật chất thông thường (là vật chất tạo nên các sao, các hành tinh, khí và bụi), hay “baryons”, trong khi 26,8% là vật chất “tối” bí ẩn không nhìn thấy được, và 68,3% là “năng lượng tối” lại càng bí ẩn hơn nữa.
Bổ sung cho những sứ mệnh này, các đài quan sát mặt đất đã vẽ bản đồ vị trí các thiên hà, và gián tiếp là vật chất tối liên kết với chúng trong những thể tích lớn, cho thấy chúng nằm ở các sợi tạo thành một “mạng lưới vũ trụ”. Haider và nhóm của ông đã nghiên cứu điều này một cách chi tiết hơn, sử dụng dữ liệu từ dự án Illustris, một mô phỏng máy tính lớn về sự hình thành và tiến hóa của các thiên hà, để đo khối lượng và thể tích của các sợi này và các thiên hà trong chúng.
Illustris mô phỏng một thể tích không gian hình lập phương trong vũ trụ với mỗi cạnh dài khoảng 350 triệu năm ánh sáng. Nó bắt đầu khi vũ trụ chỉ 12 triệu năm tuổi, một phần rất nhỏ của tuổi vũ trụ hiện tại, và theo dõi cách mà lực hấp dẫn và dòng vật chất thay đổi cấu trúc của vũ trụ cho đến ngày nay. Mô phỏng này giải quyết cả vật chất thông thường lẫn vật chất tối, với hiệu ứng quan trọng nhất là lực kéo hấp dẫn của vật chất tối.
Khi các nhà khoa học nhìn vào dữ liệu, họ thấy rằng khoảng 50% tổng khối lượng của vũ trụ nằm ở nơi các thiên hà trú ngụ, bị nén trong một không gian khoảng 0,2% thể tích của vũ trụ chúng ta quan sát được, và hơn 44% trong các sợi bao quanh. Chỉ 6% khối lượng nằm ở các khoảng không, chiếm 80% thể tích.
Nhưng nhóm nghiên cứu của Haider cũng thấy rằng một phần đáng ngạc nhiên của vật chất thông thường - 20% - có thể đang bị chuyển ra ngoài các khoảng không. Thủ phạm có vẻ là những lỗ đen siêu nặng được tìm thấy ở trung tâm các thiên hà. Một phần vật chất rơi về phía các lỗ đen được biến đổi thành năng lượng. Năng lượng này được chuyển cho khí ở xung quanh, và khiến cho các dòng vật chất lớn thoát ra ngoài, trải dài hàng trăm ngàn năm ánh sáng tính từ các lỗ đen, vượt ra xa phạm vi của các thiên hà chủ.
Ngoài việc lấp vào các khoảng không với nhiều vật chất hơn so với suy nghĩ trước đây, kết quả này còn có thể giúp giải thích vấn đề thiếu hụt baryon, khi các nhà thiên văn không quan sát thấy lượng vật chất thông thường được dự đoán bởi các mô hình của họ.
Tiến sĩ Haider bình luận: “Mô phỏng này, một trong những mô phỏng phức tạp nhất từng được thực hiện, gợi ý rằng các lỗ đen ở trung tâm mỗi thiên hà đang giúp cho việc phóng vật chất vào những nơi trống rỗng nhất trong vũ trụ. Những gì chúng tôi muốn làm bây giờ là hoàn thiện mô hình của mình, và chứng thực những khám phá ban đầu.”
Illustris hiện nay đang thực hiện những mô phỏng mới, và các kết quả từ những mô phỏng này có thể sẽ có trong vài tháng tới, với nỗ lực của các nhà nghiên cứu để xem xem liệu hiểu biết của họ về sự phóng vật chất của lỗ đen có đúng hay không. Dù kết quả thế nào, vẫn sẽ rất khó để nhìn thấy vật chất nằm trong các khoảng không, bởi vì chúng có thể rất nhỏ, và quá lạnh để phát ra tia X giúp các vệ tinh có thể phát hiện được chúng.
Hoàng Gia Linh
Theo Sciencedaily
