Mô phỏng một vũ trụ trong đó các định luật của Newton chỉ có giá trị một phần

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu từ Đại học Bon và Strasbourg đã mô phỏng sự hình thành của các thiên hà trong vũ trụ mà không có vật chất tối. Để tái tạo quá trình này trên máy tính, thay vào đó họ đã sửa đổi định luật hấp dẫn của Newton. Các thiên hà được tạo ra trong các tính toán của máy tính tương tự như các thiên hà chúng ta thực sự thấy ngày nay. Theo các nhà khoa học, các giả định của họ có thể giải quyết nhiều bí ẩn của vũ trụ học hiện đại. Kết quả được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn .

Các nhà vũ trụ học ngày nay cho rằng vật chất không được phân phối hoàn toàn đồng đều sau Vụ nổ lớn. Những nơi dày đặc hơn đã thu hút ngày càng nhiều vật chất từ ​​môi trường xung quanh do lực hấp dẫn mạnh hơn của chúng. Trải qua vài tỷ năm, những sự tích tụ khí này cuối cùng đã hình thành nên các thiên hà mà chúng ta thấy ngày nay.

Một thành phần quan trọng của lý thuyết này là cái gọi là vật chất tối. Một mặt, nó được cho là chịu trách nhiệm cho sự phân phối không đồng đều ban đầu dẫn đến sự kết tụ của các đám mây khí. Nó cũng giải thích một số quan sát khó hiểu. Chẳng hạn, các ngôi sao trong các thiên hà quay thường di chuyển nhanh đến mức chúng thực sự bị đẩy ra. Dường như có một nguồn lực hấp dẫn bổ sung trong các thiên hà ngăn chặn điều này – một loại “sao putty” không thể nhìn thấy bằng kính viễn vọng: vật chất tối.

Tuy nhiên vẫn không có bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại của nó. “Có lẽ bản thân lực hấp dẫn chỉ đơn giản hành xử khác với suy nghĩ trước đây”, Giáo sư Tiến sĩ Pavel Kroupa từ Viện Vật lý Bức xạ và Hạt nhân Helmholtz tại Đại học Bon và Viện Thiên văn của Đại học Charles ở Prague giải thích. Lý thuyết này mang chữ viết tắt MOND (MOdified Newtonian Dynamics); nó được phát hiện bởi nhà vật lý người Israel, giáo sư tiến sĩ Mordehai Milgrom. Theo lý thuyết, sự hấp dẫn giữa hai quần chúng tuân theo định luật Newton chỉ đến một điểm nhất định. Dưới gia tốc rất thấp như trường hợp trong các thiên hà, nó trở nên mạnh hơn đáng kể. Đây là lý do tại sao các thiên hà không bị phá vỡ do tốc độ quay của chúng.

Kết quả gần với thực tế

Sinh viên tiến sĩ của Kroupa, Nils Wittenburg nói: “Hợp tác với Tiến sĩ Benoit Famaey ở Strasbourg, lần đầu tiên chúng tôi đã mô phỏng liệu các thiên hà có hình thành trong vũ trụ MOND hay không và nếu có thì đó là gì”. Để làm điều này, anh ta đã sử dụng một chương trình máy tính cho các tính toán hấp dẫn phức tạp được phát triển trong nhóm của Kroupa. Bởi vì với MOND, sự hấp dẫn của một cơ thể không chỉ phụ thuộc vào khối lượng của chính nó, mà còn phụ thuộc vào việc các vật thể khác có ở gần nó hay không.

Sau đó các nhà khoa học đã sử dụng phần mềm này để mô phỏng sự hình thành của các ngôi sao và thiên hà, bắt đầu từ một đám mây khí vài trăm nghìn năm sau Vụ nổ lớn. “Trong nhiều khía cạnh, kết quả của chúng tôi rất gần với những gì chúng ta thực sự quan sát được bằng kính viễn vọng”, Kroupa giải thích. Chẳng hạn, sự phân bố và vận tốc của các ngôi sao trong các thiên hà do máy tính tạo ra theo cùng một mô hình có thể nhìn thấy trên bầu trời đêm. “Hơn nữa, mô phỏng của chúng tôi chủ yếu dẫn đến sự hình thành các thiên hà đĩa quay như Dải Ngân hà và gần như tất cả các thiên hà lớn khác mà chúng ta biết. Mặt khác, mô phỏng vật chất tối chủ yếu tạo ra các thiên hà mà không có các đĩa vật chất riêng biệt – một sự khác biệt đối với các quan sát rất khó giải thích.”

Các tính toán dựa trên sự tồn tại của vật chất tối cũng rất nhạy cảm với những thay đổi trong một số tham số nhất định chẳng hạn như tần số siêu tân tinh và ảnh hưởng của chúng đối với sự phân bố vật chất trong các thiên hà. Tuy nhiên, trong mô phỏng MOND, các yếu tố này hầu như không đóng vai trò.

Tuy nhiên, kết quả được công bố gần đây từ Bon, Prague và Strasbourg không tương ứng với thực tế ở tất cả các điểm. “Mô phỏng của chúng tôi chỉ là bước đầu tiên,” Kroupa nhấn mạnh. Chẳng hạn, các nhà khoa học cho đến nay chỉ đưa ra những giả định rất đơn giản về sự phân bố ban đầu của vật chất và các điều kiện trong vũ trụ trẻ. “Bây giờ chúng tôi phải lặp lại các tính toán và bao gồm các yếu tố ảnh hưởng phức tạp hơn. Sau đó, chúng tôi sẽ xem liệu lý thuyết MOND có thực sự giải thích thực tế hay không.”

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Bon . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Đa phương tiện liên quan :

• Hình ảnh hiển thị mô phỏng phân phối vật chất

Tạp chí tham khảo :

1. Nils Wittenburg, Pavel Kroupa, Benoit Famaey. Sự hình thành của các thiên hà đĩa theo cấp số nhân trong MOND . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2020 [ link ]