Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Những quan sát gần đây đã phát hiện ra rằng có thể thiếu một cái gì đó trong các lý thuyết về cách vật chất tối hoạt động. Thành phần bị thiếu này có thể giải thích tại sao các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự khác biệt bất ngờ giữa các quan sát về nồng độ vật chất tối trong một mẫu cụm thiên hà lớn và mô phỏng máy tính lý thuyết về cách vật chất tối được phân bố trong các cụm.
Các quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA / ESA và Kính viễn vọng Rất lớn của Đài quan sát Nam Âu (VLT) ở Chile đã phát hiện ra rằng lý thuyết về cách vật chất tối hoạt động có thể còn thiếu một thứ gì đó. Thành phần bị thiếu này có thể giải thích tại sao các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự khác biệt bất ngờ giữa các quan sát về nồng độ vật chất tối trong một mẫu cụm thiên hà lớn và mô phỏng máy tính lý thuyết về cách vật chất tối được phân bố trong các cụm. Phát hiện mới chỉ ra rằng một số nồng độ vật chất tối ở quy mô nhỏ tạo ra hiệu ứng thấu kính mạnh hơn 10 lần so với dự kiến.
Vật chất tối là chất keo vô hình giữ các ngôi sao, bụi và khí lại với nhau trong một thiên hà. Chất bí ẩn này tạo nên phần lớn khối lượng của một thiên hà và là nền tảng của cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ của chúng ta. Vì vật chất tối không phát ra, hấp thụ hay phản xạ ánh sáng nên sự hiện diện của nó chỉ được biết đến thông qua lực hấp dẫn của nó đối với vật chất nhìn thấy được trong không gian. Các nhà thiên văn và vật lý vẫn đang cố gắng xác định nó là gì.
Các cụm thiên hà, những cấu trúc lớn nhất và được tập hợp gần đây nhất trong Vũ trụ, cũng là kho chứa vật chất tối lớn nhất. Các đám bao gồm các thiên hà thành viên riêng lẻ được liên kết với nhau phần lớn bởi lực hấp dẫn của vật chất tối.
Massimo Meneghetti thuộc Đài quan sát vật lý thiên văn và khoa học vũ trụ INAF của Bologna ở Ý, cho biết: “Các cụm thiên hà là những phòng thí nghiệm lý tưởng để nghiên cứu xem các mô phỏng số của Vũ trụ hiện có có tái tạo tốt những gì chúng ta có thể suy ra từ thấu kính hấp dẫn hay không, tác giả chính của nghiên cứu.”
Meneghetti nói thêm: “Chúng tôi đã thực hiện rất nhiều thử nghiệm đối với dữ liệu trong nghiên cứu này và chúng tôi chắc chắn rằng sự không khớp này chỉ ra rằng một số thành phần vật chất bị thiếu trong các mô phỏng hoặc từ hiểu biết của chúng tôi về bản chất của vật chất tối.”
Priyamvada Natarajan thuộc Đại học Yale ở Connecticut, Hoa Kỳ, một trong những nhà lý thuyết cấp cao của nhóm cho biết: “Có một đặc điểm của Vũ trụ thực mà chúng ta không nắm bắt được trong các mô hình lý thuyết hiện tại của mình. Điều này có thể báo hiệu một lỗ hổng trong hiểu biết hiện tại của chúng ta về bản chất của vật chất tối và các đặc tính của nó, vì những dữ liệu tinh vi này đã cho phép chúng tôi thăm dò sự phân bố chi tiết của vật chất tối trên các quy mô nhỏ nhất.”
Sự phân bố của vật chất tối trong các cụm được lập bản đồ bằng cách đo sự bẻ cong của ánh sáng – hiệu ứng thấu kính hấp dẫn – mà chúng tạo ra. Lực hấp dẫn của vật chất tối tập trung trong các cụm sẽ phóng đại và làm cong ánh sáng từ các vật thể nền ở xa. Hiệu ứng này tạo ra sự biến dạng trong hình dạng của các thiên hà nền xuất hiện trong hình ảnh của các cụm. Thấu kính hấp dẫn thường cũng có thể tạo ra nhiều hình ảnh của cùng một thiên hà ở xa.
Nồng độ vật chất tối trong một đám càng cao thì hiệu ứng bẻ cong ánh sáng của nó càng mạnh. Sự hiện diện của các đám vật chất tối quy mô nhỏ hơn liên quan đến các thiên hà cụm riêng lẻ làm tăng mức độ biến dạng. Theo một nghĩa nào đó, cụm thiên hà hoạt động như một thấu kính quy mô lớn có nhiều thấu kính nhỏ hơn được nhúng bên trong nó.
Hình ảnh sắc nét của Hubble được chụp bởi Máy ảnh trường rộng 3 và Máy ảnh nâng cao cho khảo sát của kính thiên văn. Kết hợp với quang phổ từ Kính viễn vọng Rất lớn (VLT) của Đài thiên văn Phương Nam Châu Âu, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một bản đồ vật chất tối chính xác, có độ trung thực cao. Bằng cách đo độ méo thấu kính, các nhà thiên văn có thể xác định số lượng và sự phân bố của vật chất tối. Ba cụm thiên hà quan trọng, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 và Abell S1063, là một phần của hai cuộc khảo sát của Hubble: Các lĩnh vực biên giới và khảo sát Cụm thấu kính và Siêu tân tinh với các chương trình của Hubble (CLASH).
Trước sự ngạc nhiên của nhóm nghiên cứu, ngoài các vòng cung ấn tượng và các đặc điểm kéo dài của các thiên hà xa xôi được tạo ra bởi thấu kính hấp dẫn của mỗi cụm, hình ảnh từ Hubble cũng tiết lộ một số lượng bất ngờ các vòng cung quy mô nhỏ hơn và các hình ảnh bị bóp méo nằm gần lõi của mỗi cụm, nơi có khối lượng lớn nhất thiên hà cư trú. Các nhà nghiên cứu tin rằng các thấu kính lồng vào nhau được tạo ra bởi lực hấp dẫn của nồng độ vật chất dày đặc bên trong các thiên hà chùm riêng lẻ. Các quan sát quang phổ tiếp theo đã đo vận tốc của các ngôi sao quay xung quanh bên trong một số thiên hà trong cụm thiên hà để làm giảm khối lượng của chúng.
“Dữ liệu từ Hubble và VLT đã cung cấp sức mạnh tổng hợp tuyệt vời”, thành viên nhóm Piero Rosati của Đại học Università degli Studi di Ferrara ở Ý, người dẫn đầu chiến dịch quang phổ chia sẻ. “Chúng tôi có thể liên kết các thiên hà với từng cụm và ước tính khoảng cách của chúng.”
“Tốc độ của các ngôi sao đã cho chúng tôi ước tính về khối lượng của từng thiên hà, bao gồm cả khối lượng vật chất tối”, Pietro Bergamini, thành viên nhóm nghiên cứu của INAF-Đài quan sát Vật lý Thiên văn và Khoa học Không gian ở Bologna, Ý, nói thêm.
Bằng cách kết hợp hình ảnh Hubble và quang phổ VLT, các nhà thiên văn có thể xác định hàng chục thiên hà nền, thấu kính, được chụp ảnh nhân rộng. Điều này cho phép họ thu thập một bản đồ có độ phân giải cao, được hiệu chỉnh tốt về sự phân bố khối lượng của vật chất tối trong mỗi cụm.
Nhóm nghiên cứu đã so sánh các bản đồ vật chất tối với các mẫu của các cụm thiên hà mô phỏng có khối lượng tương tự, nằm ở những khoảng cách gần giống nhau. Các cụm trong mô hình máy tính không cho thấy bất kỳ mức độ tập trung vật chất tối nào giống nhau ở các thang nhỏ nhất – các thang liên quan đến các thiên hà cụm riêng lẻ.
Kết quả của những phân tích này chứng minh rõ hơn cách quan sát và mô phỏng số đi đôi với nhau.
Với các mô phỏng có độ phân giải cao, các nhà thiên văn học có thể so sánh chất lượng của các quan sát được phân tích trong bài báo của mình, cho phép so sánh chi tiết hơn bao giờ hết.
Các nhà thiên văn học, bao gồm cả những người trong nhóm này, mong muốn tiếp tục thăm dò vật chất tối và những bí ẩn của nó để cuối cùng xác định bản chất của nó.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Trung tâm Thông tin ESA / Hubble cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Đa phương tiện liên quan :
Tham khảo Tạp chí :