Tìm thấy vật chất tối từ 12 tỷ 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 tỷ năm, chỉ dưới 2 tỷ 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 tỷ năm trước, nên được xem là tuổi của vũ trụ.

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

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 tỷ 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.

Để nghiên cứu sự phân bố của vật chất tối trong một ngân hà, các nhà thiên văn học có thể quan sát ánh sáng từ một nguồn phía sau thiên hà đó bị thay đổi như thế nào khi nó đi qua "thiên hà thấu kính". Thiên hà thấu kính càng chứa nhiều vật chất tối thì sự biến dạng của ánh sáng truyền qua nó càng lớn.

CMB là bức xạ phổ biến được tạo ra khi vũ trụ nguội đi đủ để cho phép các nguyên tử hình thành, làm giảm số lượng các electron tự do tán xạ photon trong một thời điểm mà các nhà vũ trụ học gọi là "sự tán xạ cuối cùng".

OK Sự giảm các điện tử tự do cho phép photon du hành tự do, có nghĩa là vũ trụ đột nhiên ngừng mờ đục và trở nên trong suốt với ánh sáng. Và cũng giống như ánh sáng từ các nguồn ở xa khác, CMB có thể bị biến dạng bởi các thiên hà có vật chất tối do thấu kính hấp dẫn.

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp sự biến dạng thấu kính của một mẫu lớn các thiên hà cổ đại với những biến dạng của CMB để phát hiện vật chất tối có niên đại từ khi vũ trụ chỉ mới 1,7 tỷ năm tuổi. Và vật chất tối cổ đại này vẽ nên một bức tranh vũ trụ rất khác.

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.

Các nhà nghiên cứu đã chọn 1,5 triệu thiên hà (tất cả đều được nhìn thấy như cách đây khoảng 12 tỷ 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.

Minh Tuấn (Tổng hợp)