Phát hiện cụm thiên hà cổ có lượng vật chất tối bất thường

Phát hiện này đặt ra câu hỏi liệu một số cấu trúc vũ trụ đã hình thành nhanh hơn các mô hình hiện nay dự đoán hay không.

Cách Trái đất hơn 10 tỷ năm ánh sáng, cụm thiên hà XLSSC 122 hoạt động như một thấu kính hấp dẫn mạnh, phóng đại và làm biến dạng hình ảnh của các thiên hà xa hơn nữa nằm phía sau nó. Nguồn ảnh: NASA, ESA, CSA; Kyle Finner (Caltech/IPAC); Xử lý ảnh: Robert Hurt (Caltech/IPAC-SELab)

XLSSC 122 nằm cách Trái đất khoảng 10,4 tỷ năm ánh sáng theo thông tin từ nhóm nghiên cứu. Ánh sáng chúng ta quan sát ngày nay đã rời cụm thiên hà từ thời vũ trụ còn trẻ, khi những cấu trúc khổng lồ như vậy đang trong quá trình hình thành.

Cụm thiên hà không chỉ là tập hợp các thiên hà nằm gần nhau. Nó còn chứa khí nóng và lượng lớn vật chất tối, tạo nên một cấu trúc bị ràng buộc bởi lực hấp dẫn. Trong vũ trụ hiện đại, những cụm lớn thường có hình thái và phân bố khối lượng tương đối phát triển, nhưng XLSSC 122 dường như đã đạt mức tổ chức đáng kể từ sớm.

Các quan sát mới của kính James Webb cho thấy cụm này có nồng độ vật chất đặc biệt cao. Kết quả được mô tả trong ba nghiên cứu do các nhà khoa học tại IPAC, trung tâm nghiên cứu thiên văn thuộc Viện Công nghệ California (Caltech) dẫn dắt.

Mô phỏng phân bố vật chất tối trong cấu trúc vũ trụ.

Một đặc điểm quan trọng của XLSSC 122 là nó nằm trên đường nhìn tới những thiên hà ở xa hơn. Lực hấp dẫn của cụm bẻ cong đường đi của ánh sáng từ các thiên hà phía sau, làm hình ảnh của chúng bị phóng đại và biến dạng. Hiện tượng này được gọi là thấu kính hấp dẫn mạnh.

Hiện tượng này không chỉ tạo ra hình ảnh ngoạn mục. Mức độ bẻ cong ánh sáng giúp các nhà thiên văn ước tính phân bố khối lượng trong cụm, bao gồm cả vật chất tối – thành phần không phát sáng nhưng có tác động hấp dẫn.

Kyle Finner, nhà khoa học tại IPAC và tác giả chính của nghiên cứu cho biết, các hình ảnh ban đầu từ James Webb đã bộc lộ dấu hiệu thấu kính hấp dẫn mạnh. Điều này biến XLSSC 122 thành một phòng thí nghiệm tự nhiên hiếm có để nghiên cứu khối lượng của cụm thiên hà rất xa.

Theo mô hình vũ trụ học hiện nay, cấu trúc hình thành dần khi vật chất tối tập hợp dưới tác động của lực hấp dẫn, kéo theo khí và các thiên hà. Những cụm lớn cần thời gian để phát triển từ các dao động vật chất ban đầu.

Nếu một cụm đã có mật độ và cấu trúc trưởng thành hơn dự đoán ở thời kỳ đó, các nhà khoa học phải xem xét liệu quá trình tăng trưởng của nó có diễn ra nhanh hơn hay những giả định về lịch sử hình thành cần được điều chỉnh.

Vật chất tối và năng lượng tối được cho là chiếm 95% khối lượng vũ trụ.

Tuy nhiên, một cụm thiên hà bất thường không đủ để bác bỏ mô hình vũ trụ học. Các nhà nghiên cứu cần xác định khối lượng, phân bố vật chất tối, tuổi và lịch sử hình thành của XLSSC 122 chính xác hơn, đồng thời so sánh với nhiều cụm khác trong cùng thời kỳ.

Những nghiên cứu liên quan còn xem xét ánh sáng sao khuếch tán giữa các thiên hà. Loại ánh sáng này đến từ các ngôi sao không còn nằm trong những thiên hà riêng biệt hoặc phân bố trong vùng giữa các thiên hà. Vì sự phân bố của các ngôi sao có thể liên quan đến lịch sử tương tác hấp dẫn, ánh sáng khuếch tán có thể cung cấp manh mối về cách vật chất phân bố trong cụm.

Sự kết hợp giữa hình ảnh độ phân giải cao của James Webb và thấu kính hấp dẫn giúp giới nghiên cứu khảo sát những cấu trúc mà trước đây rất khó đo trực tiếp.

XLSSC 122 là phát hiện quan trọng vì nó cho phép kiểm tra các mô hình hình thành cấu trúc ở thời kỳ sớm.

Vật chất tối - bí ẩn lớn của vũ trụ.