11 câu hỏi lớn nhất chưa được trả lời về vật chất tối (Phần 1)

Vào những năm 30 của thế ký trước, một nhà thiên văn học người Thụy Sĩ tên là Fritz Zwicky nhận thấy rằng các thiên hà trong một cụm đang quay quanh nhau nhanh hơn nhiều so với khối lượng của chúng. Ông đề xuất một chất không nhìn thấy được mà ông gọi là vật chất tối, thứ có thể kéo theo lực hấp dẫn lên các thiên hà này.

Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng vật chất bí ẩn này có thể được tìm thấy trong khắp vũ trụ, và nó nhiều hơn gấp sáu lần vật chất bình thường tạo nên những thứ khác. Tuy nhiên, mặc dù đã nhìn thấy vật chất tối trên khắp vũ trụ, nó vẫn là một ẩn số lớn đối với các nhà khoa học. Dưới đây là 11 câu hỏi lớn nhất chưa được giải đáp về vật chất tối.

Vật chất tối là gì?

Đầu tiên và có lẽ là điều khó hiểu nhất, các nhà nghiên cứu vẫn không chắc chắn vật chất tối chính xác là gì. Ban đầu, một số nhà khoa học phỏng đoán rằng khối lượng bị thiếu trong vũ trụ được tạo thành từ các ngôi sao nhỏ mờ nhạt và các hố đen, mặc dù các quan sát chi tiết chưa cho thấy gần như đủ các vật thể như vậy để giải thích ảnh hưởng của vật chất tối, nhà vật lý Don Lincoln Hoa Kỳ cho biết. Energy's Fermilab trước đây đã tiết lộ cho Live Science rằng ứng cử viên hàng đầu hiện nay cho lớp phủ của vật chất tối là một hạt giả định được gọi là Hạt khối lượng tương tác yếu, hay WIMP, sẽ hoạt động giống như một neutron ngoại trừ sẽ nặng hơn proton từ 10 đến 100 lần. Tuy nhiên, phỏng đoán này chỉ dẫn đến nhiều câu hỏi hơn.

Con người có thể nhìn thấy vật chất tối được không?

Nếu vật chất tối được tạo ra từ WIMP, chúng sẽ ở xung quanh chúng ta, không thể nhìn thấy và hầu như không thể phát hiện được. Mặc dù chúng không tương tác nhiều với vật chất thông thường, nhưng luôn có một số cơ hội nhỏ để một hạt vật chất tối có thể va vào một hạt bình thường như proton hoặc electron khi nó di chuyển trong không gian. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã tiến hành nhiều thí nghiệm để nghiên cứu số lượng khổng lồ các hạt bình thường nằm sâu dưới lòng đất, nơi chúng được che chắn khỏi bức xạ gây nhiễu có thể mô phỏng một vụ va chạm giữa vật chất tối và hạt. Sau nhiều thập kỷ tìm kiếm, không một máy dò nào trong số này có được một khám phá đáng tin cậy. Đầu năm nay, thử nghiệm PandaX của Trung Quốc đã báo cáo kết quả không phát hiện WIMP mới nhất. Có vẻ như các hạt vật chất tối nhỏ hơn nhiều so với WIMP, hoặc thiếu các đặc tính giúp chúng dễ nghiên cứu, nhà vật lý Hai-Bo Yu tại Đại học California, Riverside cho hay.

Vật chất tối có bao gồm nhiều hơn một hạt không?

Vật chất thông thường được tạo thành từ các hạt như proton và electron hay các hạt kỳ lạ hơn như neutrino, muon và pions. Vì vậy, một số nhà nghiên cứu đã tự hỏi liệu vật chất tối, chiếm 85% vật chất trong vũ trụ, cũng có thể phức tạp như vậy hay không.

Nhà vật lý Andrey Katz của Đại học Harvard cho biết: “Không có căn cứ chính xác để cho rằng tất cả vật chất tối trong vũ trụ đều được tạo ra từ một loại hạt”.

Các proton tối có thể kết hợp với các electron tối để tạo thành các nguyên tử tối và các cấu hình đa dạng, thú vị như cấu hình được tìm thấy trong thế giới hữu hình. Trong khi các đề xuất như vậy ngày càng phổ biến trong các phòng thí nghiệm vật lý, việc tìm ra cách để xác nhận hoặc phủ nhận chúng cho đến nay vẫn chưa được các nhà khoa học quan tâm.

“Thế lực” bóng tối có thực sự tồn tại?

Một số nhà nghiên cứu đã tìm kiếm các “photon tối”, giống như các photon được trao đổi giữa các hạt bình thường tạo ra lực điện từ. Các nhà vật lý ở Ý đang chuẩn bị phá vỡ một chùm electron và phản hạt của chúng, được gọi là positron, thành một viên kim cương. Nếu các photon tối tồn tại, các cặp electron-positron có thể bị tiêu diệt và tạo ra một trong những hạt mang lực lạ, có khả năng mở ra một khu vực hoàn toàn mới của vũ trụ.

Vật chất tối có thể được tạo thành từ các axion không?

Khi các nhà vật lý ngày càng quan tâm đến WIMP, các hạt vật chất tối khác cũng bắt đầu được chú ý. Một trong những hạt thay thế hàng đầu là một hạt giả định được gọi là axion cực kỳ nhẹ. Axion hiện đang được tìm kiếm trong một vài thử nghiệm. Các mô phỏng máy tính gần đây đã làm dấy lên khả năng những trục quay này có thể tạo thành các vật thể giống như ngôi sao, tạo ra bức xạ có thể phát hiện được, tương tự như hiện tượng bí ẩn được gọi là vụ nổ vô tuyến nhanh.