Phát hiện vật chất tối lâu đời nhất từ 12 tỉ năm trước

Đây được xem là khám phá quan trọng, có thể giải mã sự hình thành và phát triển vật chất bí ẩn thống trị vũ trụ này.

Trong nghiên cứu mới, được công bố trên Tạp chí Physical Review Letters, các nhà khoa học đã phát hiện ra vật chất tối có niên đại 12 tỉ năm, chỉ dưới 2 tỉ năm sau Big Bang (Vụ nổ lớn).

Vật chất tối là chất vô hình, bí ẩn tạo nên phần lớn vật chất trong vũ trụ. Vụ nổ lớn xảy ra cách đây khoảng 13,8 tỉ năm trước, nên được xem là tuổi của vũ trụ.

Yuichi Harikane, đồng tác giả nghiên cứu và trợ lý giáo sư tại Đại học Tokyo (Nhật Bản), cho biết: “Lần đầu tiên chúng tôi đo vật chất tối từ những khoảnh khắc gần như sơ khai nhất của vũ trụ. 12 tỉ năm trước, mọi thứ rất khác. Bạn thấy nhiều thiên hà đang trong quá trình hình thành hơn hiện tại; các cụm thiên hà đầu tiên cũng bắt đầu hình thành".

Dù vật chất tối chiếm khoảng 27% vũ trụ, các nhà thiên văn học không thể trực tiếp phát hiện ra được, một phần vì nó không phát ra ánh sáng. Thế nhưng, các nhà nghiên cứu có thể quan sát thấy hiệu ứng hấp dẫn của vật chất tối với vật chất nhìn thấy, như các thiên hà, làm cong ánh sáng để hoạt động giống thấu kính với các vật thể ở xa phía sau chúng.

Ở nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật tương tự, được gọi là thấu kính hấp dẫn, để đo sự biến dạng từ ánh sáng đầu tiên trong vũ trụ. Nền vi sóng vũ trụ (hay CMB) là bức xạ còn sót lại từ Vụ nổ lớn, được phân bố trong toàn bộ vũ trụ.

Dư lượng bức xạ từ Vụ nổ lớn, bị vật chất tối làm biến dạng cách đây 12 tỉ năm - Ảnh: Reiko Matsushita

Các đường đi của ánh sáng từ một thiên hà xa xôi với thấu kính hấp dẫn bởi cụm tiền cảnh. Kỹ thuật này cho phép các nhà thiên văn lập bản đồ phân bố của vật chất tối trong không gian - Ảnh: NASA & ESA

Các nhà nghiên cứu đã chọn 1,5 triệu thiên hà (tất cả đều được nhìn thấy như cách đây khoảng 12 tỉ năm) để phục vụ cho thấu kính hấp dẫn. Họ đã phân tích những biến dạng từ ánh sáng còn sót lại cổ xưa, cho phép các nhà nghiên cứu tái tạo lại sự phân bố của vật chất tối trong các thiên hà thấu kính này.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vật chất tối từ vũ trụ sơ khai dường như không bị vón cục như các mô hình vật lý hiện nay cho thấy.

"Phát hiện của chúng tôi vẫn chưa chắc chắn. Song nếu là sự thật, nó sẽ cho thấy rằng toàn bộ mô hình là sai sót khi bạn quay ngược thời gian xa hơn", Hironao Miyatake, đồng tác giả nghiên cứu và là nhà vũ trụ học tại Đại học Nagoya (Nhật Bản), cho biết trong thông cáo báo chí.

“Điều này thật thú vị vì nếu kết quả được duy trì sau khi độ không chắc chắn giảm bớt, nó có thể gợi ý sự cải tiến mô hình có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về bản chất của vật chất tối”, Hironao Miyatake nói thêm.

Sơn Vân