Vật chất tối và thông tin

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu. Vật chất tối không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận nó ra vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với chất rắn và/hoặc các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vật chất tối và thông tin

Vật chất tối và thông tin Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu. Vật chất tối không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận nó ra vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với chất rắn và/hoặc các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ. Dựa trên hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn, các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối là thành phần cơ bản chiếm tới 70% vật chất trong vũ trụ. Các nhà khoa học đã nhận ra một số hiện tượng mà hợp với sự tồn tại của vật chất tối, bao gồm tốc độ quay của các thiên hà và tốc độ quỹ đạo của những thiên hà trong cụm; thấu kính hấp dẫn các thiên thể phía sau bởi những cụm thiên hà như là Bullet Cluster; và kiểu phân phối nhiệt độ của khí nóng ở các thiên hà và cụm thiên hà. Vật chất tối cũng có vai trò quan trọng đối với sự tạo thành cấu trúc và sự tiến hóa thiên hà, và có ảnh hưởng đo được đến tính không đẳng hướng (anisotropy) của bức xạ phông vi sóng vũ trụ. Các hiện tượng này chỉ rằng vật chất quan sát thấy được trong các thiên hà, các cụm thiên hà, và cả vũ trụ mà có ảnh hưởng đến bức xạ điện từ chỉ là một phần nhỏ của tất cả vật chất: phần còn lại được gọi là "thành phần vật chất tối".
Hình dung về tỷ lệ thành phần vũ trụ: năng lượng tối 73%, vật chất tối 23%, khí Hidro, Heli tự do, các sao, neutrino, thành phần chất rắn và các phần còn lại 4%Thành phần của vật chất tối chưa được hiểu, nhưng có thể bao gồm những hạt sơ cấp mới nghĩ đến, như là WIMP, axion, và neutrino thường và nặng; các thiên thể như là sao lùn trắng và hành tinh (được gọi chung là MACHO, massive compact halo object); và đám khí không phát ra ánh sáng. Bằng chứng hiện hành ủng hộ các mô hình cho rằng thành phần chính của vật chất tối là những hạt sơ cấp chưa gặp, được gọi chung là "vật chất tối thiếu baryon". Cũng có thể xếp hố đen vào một dạng vật chất tối. Lần đầu tiên tìm thấy vật chất tối: Bằng chứng trực tiếp đầu tiên về vật chất tối vừa được các nhà thiên văn công bố, mặc dù họ vẫn mơ hồ về thành phần tạo nên thứ chất liệu ma quái này. Ảnh của đài quan sát tia X Chandra cho thấy, chòm thiên hà 1E 0657-56, hay Bullet Cluster, hình thành sau vụ va chạm dữ dội của hai đám thiên hà. Màu hồng là khí nóng của chòm, chứa chủ yếu vật chất thường. Hầu hết khối lượng của chòm biểu hiện bằng màu xanh, chủ yếu chứa vật chất tối. Sự tách biệt rõ ràng giữa vật chất thường và vật chất tối như vậy chưa từng được quan sát trước đây, và là bằng chứng chắc chắn nhất cho thấy hầu hết vật chất trong vũ trụ ở dạng "tối". Ảnh: NASA. Quan sát được rút ra từ việc cân đo cẩn thận các ngôi sao và khí toả ra trong một vụ va chạm dữ dội và bạo lực nhất giữa các thiên hà được biết tới nay. Đó là cuộc đụng độ giữa hai đám thiên hà, trong sự kiện có tên gọi Bullet Cluster
(1E 0657-56). Cuộc đụng độ khiến cho các vì sao và vật chất tối của những thiên hà đi xuyên tách rời nhau, trong khi những khối khí liên hành tinh giữa chúng va vào nhau và đi chậm lại. "Trong một thiên hà điển hình, tất cả vật chất chiếm cứ một không gian duy nhất", tiến sĩ vật lý thiên văn Maxim Markevitch từ Trung tâm Vật lý thiên thể Harvard- Smithsonian, Mỹ, phát biểu. "Trong trường hợp này, khí và các thiên hà lại bị tách rời. Các thiên hà bay xuyên qua nhau trong khi các đám mây khí của chúng lại không di chuyển dễ dàng như vậy". Hãy hình dung, điều đó giống như cú va chạm ở tốc độ hàng triệu dặm mỗi giờ giữa hai cái bánh đúc rắc lạc lớn, với các ngôi sao và vật chất tối là những hạt lạc, còn bột bánh đúc đại diện cho các khối khí. Các hạt lạc sẽ lao xuyên qua nhau (với rất ít sự đụng độ giữa các hạt lạc), trong khi bột bánh đúc sẽ quấn vào nhau ở giữa. Kết quả là chúng tạo thành những mảng khác nhau trong không gian: một chứa toàn khí nóng đang cuộn lấy nhau và hai mảng còn lại ở hai bên chỉ chứa toàn vật chất tối và các vì sao trong những thiên hà thấy được. Khi "cân" khối lượng tổng của vùng sáng nơi hai nhóm thiên hà đụng độ, các nhà nghiên cứu nhận thấy nó nặng hơn nhiều so với khối lượng của các ngôi sao và của các khối khí liên hành tinh. Như vậy, phần chênh lệch còn lại nhất định phải là vật chất tối. "Điều này chứng minh một cách đơn giản và trực tiếp rằng vật chất tối tồn tại", Markevitch nói. Đến nay, sự tồn tại của vật chất tối được suy ra từ thực tế là các thiên hà chỉ có đủ 1/5 số vật chất cần thiết (dưới dạng thấy được) để tạo ra lực hấp dẫn giữ cho
chúng trong trạng thái ổn định. Như vậy, phần còn lại ắt phải vô hình trước các kính thiên văn, hay còn gọi là "tối". Việc quan sát thấy Bullet Cluster không giải thích được vật chất tối là gì, nhưng chúng cung cấp một dấu vết khá chắc chắn, các nhà nghiên cứu nhận định. Dường như các hạt vật chất tối, dù là gì chăng nữa, cũng hành xử giống với các hạt lạc hơn là bột bánh đúc: chúng hoặc là phân bố rất xa nhau, giống như các vì sao, hoặc có những cách thức khác để tránh va chạm với nhau Bằng chứng mới về vật chất tối quanh các thiên hà nhỏ: Kính viễn vọng không gian Hubble của NASA vừa mới phát hiện ra một bằng chứng thuyết phục mới rằng các thiên hà được bao quanh bởi các quầng vật chất tối. Quan sát vùng trung tâm sôi động của cụm thiên hà Perseus, kính viễn vọng Hubble phát hiện quần thể lớn bao gồm các thiên hà nhỏ vẫn còn nguyên vẹn trong khi các thiên hà lớn hơn nằm xung quanh chúng lại bị xé rách bởi lực kéo từ các thiên hà hàng xóm. Kết quả nghiên cứu được đăng tải trên số ra ngày 1 tháng 3, tờ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Vật chất tối là dạng vật chất không quan sát được chiếm đa phần khối lượng của vũ trụ. Các nhà thiên văn học đã kết luận có sự tồn tại của vật chất tối bằng cách quan sát lực hút của nó đối với các vật chất bình thường bao gồm các ngôi sao, khí và bụi. Những hình ảnh mà kính viễn vọng Hubble chụp được đã cung cấp thêm bằng chứng rằng các thiên hà không bị quấy rối được bao bọc bởi tấm màn vật chất tối. Chính tấm màn này đã bảo vệ chúng khỏi những kẻ hàng xóm thô lỗ. Nhà thiên văn học Christopher Conselice thuộc Đại học Nottingham kiêm người chỉ đạo các quan sát của Hubble cho biết: “Chúng tôi rất ngạc nhiên khi phát hiện thấy có rất nhiều
thiên hà lùn nằm trong vùng trung tâm của cụm trông rất tròn trịa, yên bình, chúng không có bất cứ một dấu tích nào của hiện tượng bị quấy rối. Các thiên hà lùn này rất già và tồn tại trong cụm thiên hà từ lâu. Do đó nếu có bất cứ hiện tượng nào phá rối chúng thì nó phải xảy ra vào thời điểm này. Chắc chắc vật chất tối đã thống trị các thiên hà đó”. Các thiên hà lùn có thề có chứa lượng vật chất tối nhiều hơn các thiên hà xoắn ốc. Conselice cho biết: “Với kết quả này, chúng ta không thể nói chính xác liệu khối lượng vật chất tối trong thiên hà lùn có lớn hơn khối lượng vật chất tối trong thiên hà Milky Way hay không. Mặc dù sự thật là các thiên hà xoắn ốc có bị tàn phá, trong khi các thiên hà lùn thì không. Điều đó gợi ý rằng nhận định trên có thể đúng”. Lần đầu tiên được đề cập đến từ cách đây 80 năm, vật chất tối được cho là chất keo dính nối kết các thiên hà với nhau. Các nhà thiên văn học cho rằng vật chất tối tạo nên bộ khung sống còn cho vũ trụ, hình thành nên cái sườn cho sự hình thành các thiên hà nhờ vào lực hấp dẫn. Các nghiên cứu trước đó sử dụng kính viễn vọng Hubble và Đài quan sát tia X Chandra (NASA) cũng phát hiện bằng chứng về vật chất tối trong các cụm thiên hà được gọi tên là Cụm Bullet. Quan sát mới của Hubble tiếp tục tìm kiếm vật chất tối trong các thiên hà đơn lẻ. Máy quay hiện đại chuyên dùng trong khảo sát của Hubble đã cho vào tầm ngắm 29 thiên hà lùn hình êlip trong cụm Perseus nằm cách chúng ta 250 triệu năm ánh sáng, đây cũng là một trong những cụm thiên hà gần Trái Đất nhất. Trong số đó có 17 thiên hà mới. Do vật chất tối không thể quan sát được, các nhà thiên văn học nhận diện nó thông qua bằng chứng gián tiếp. Phương pháp phổ biến nhất là xác định vận tốc của các ngôi sao hoặc nhóm các ngôi sao khi chúng chuyển động ngẫu nhiên trong thiên hà hoặc khi chúng quay quanh thiên hà. Cụm Perseus nằm quá xa các kính viễn vọng nên rất khó có thể quan sát các ngôi sao riêng lẻ cũng như xác định chuyển động của chúng. Do đó Conselice và nhóm của ông đã tạo ra một kỹ thuật mới nhằm phát hiện vật chất tối trong các thiên hà lùn bằng cách xác định khối lượng tối thiểu mà các thiên hà lùn phải đạt được để có thể bảo vệ nó không bị phá rối bởi các dòng lực hút từ các thiên hà lớn hơn.
Nghiên cứu chi tiết các thiên hà nhỏ nói trên hoàn toàn có thể thực hiện được với sự hỗ trợ của máy ảnh hiện đại của Hubble. Conselice cùng nhóm nghiên cứu lần đầu tiên thăm dò được chúng bằng kính viễn vọng WIYN đặt tại đài quan sát quốc gia Kitt bên ngoài Tucson, Arizona. Những quan sát đó đưa ra gợi ý rằng nhất nhiều thiên hà tồn tại trong trạng thái yên bình, do đó có sự thống trị của vật chất tối. Conselice nói: “Quan sát tiến hành trên mặt đất không thể xác định được chắc chắn nên chúng tôi cần những hình ảnh của kính viễn vọng Hubble”. Các thành viên khác của nhóm nghiên cứu bao gồm Samantha J. Penny thuộc Đại học Nottingham, Sven De Rijcke thuộc Đại học Ghent tại Bỉ, và Enrico Held thuộc Đại học Padua tại Italy.