Tìm ra câu trả lời vật chất còn thiếu của vũ trụ

Một luồng tín hiệu bí ẩn gửi từ không gian được tiết lộ đã giúp phát hiện ra vật chất còn thiếu trong vũ trụ, cung cấp một góc nhìn hoàn toàn mới về không gian sâu thẳm này.

Một buổi tối năm 2019, Jean-Pierre Macquart, một nhà thiên văn học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Thiên văn Vô tuyến Quốc tế tại Australia, nóng lòng trở về nhà để kể với gia đình về một bí mật vũ trụ mà ông đã tình cờ phát hiện.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 27/5, Macquart và nhóm các nhà thiên văn học quốc tế lần đầu tiên thuật lại chi tiết khám phá của họ: một luồng tín hiệu bí ẩn gửi từ sâu bên trong không gian được tiết lộ đã giúp phát hiện ra vật chất còn thiếu trong vũ trụ, cung cấp một góc nhìn hoàn toàn mới về không gian sâu thẳm này.

Kính viễn vọng ASKAP có đóng góp rất lớn trong việc truy vết FRBs. Ảnh: ASKAP.

Trong quá trình truy tìm các phát xạ vô tuyến nhanh (FRBs), Macquart và đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng kính viễn vọng khổng lồ ASKAP đặt tại vùng sa mạc hẻo lánh của Úc. Nhờ có 36 đĩa ăng-ten cực lớn của ASKAP, các phát xạ FRBs di chuyển trong không gian đã được phát hiện.

Ngoài ra, các nhà khoa học đến từ các tổ chức trên toàn cầu trong nhóm của Macquart đã nhận thấy, các FRBs còn có chức năng truy vết vật chất còn thiếu của vũ trụ.

Những vật chất còn lại đã đi đâu?

Vũ trụ của chúng ta được cấu thành từ vật chất thông thường, vật chất tối và năng lượng tối.

Trong đó, vật chất tối cùng năng lượng tối chiếm đến 95% thành phần tạo nên vũ trụ. Đây là những thành phần mà các nhà khoa học trên thế giới chưa bao giờ có thể phát hiện được tuy biết đến sự tồn tại của chúng.

Mặt khác, các vật chất thông thường hay còn được gọi là vật chất baryon là thứ tạo ra mọi thứ mà chúng ta biết, từ những hành tinh, ngôi sao hay thiên hà. Theo những tính toán ban đầu vào những năm 1990, vật chất baryon chỉ chiếm 5% tổng số vật chất khác trong vũ trụ.

Theo những tính toán ban đầu vào những năm 1990, vật chất baryon chỉ chiếm 5% tổng số vật chất khác trong vũ trụ. Ảnh: ICRAR.

Tuy nhiên, khi thực hiện lại các phép tính toán, các nhà khoa học bất ngờ nhận ra những vật chất mà họ có thể quan sát đã bị giảm đi đáng kể so với con số 5%.

Trong nhiều năm, nhiều phương pháp khác nhau đã được sử dụng để cố gắng phát hiện vật chất bị thiếu, nhưng các nhà nghiên cứu không thể phát hiện đầy đủ tất cả các vật chất bình thường trên vũ trụ, chủ yếu là do chúng tập trung vào các vùng không gian cụ thể.

Chỉ khi tiên phong sử dụng kỹ thuật truy vết FRBs, bức tranh tổng thể mới dần được hé lộ.

“Những gì FRBs làm là vượt qua mọi giới hạn trong khi những kỹ thuật nghiên cứu khác đều bất lực”, Macquart cho biết.

Vụ nổ từ quá khứ

Phát xạ vô tuyến nhanh là hiện tượng vũ trụ bí ẩn và đầy hấp dẫn. Chúng lần đầu tiên được xác định vào năm 2007, tuy vậy nguồn gốc của chúng vẫn còn là một bí ẩn và việc đi tìm FRBs khá khó khăn. Các kính viễn vọng như ASKAP sẽ cho phép các nhà khoa học xác định chính xác nguồn phát của các sóng vô tuyến này từ sâu trong không gian.

ASKAP là một phần quan trọng của nghiên cứu nhằm tìm kiếm dấu hiệu của FRBs, mỗi giây nó có thể thu về 10 nghìn tỷ phép tính và giải quyết khoảng 1 tỷ phép tính ngay sau đó.

Hình ảnh mô tả về cách tín hiệu FRB truyền qua không gian trống và điều gì xảy ra với tín hiệu khi nó gặp phải vấn chất bị thiếu. Ảnh: ICRAR.

“Khi sóng vô tuyến truyền trong vũ trụ, chúng tác động với các electron tự do dày đặc xung quanh, làm mờ tín hiệu vô tuyến”, Geraint Lewis, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Sydney. Tuy không tham gia nghiên cứu cùng nhóm khoa học, ông cho biết chính sự mờ đi của tín hiệu vô tuyến là chìa khóa tìm ra các vật chất còn thiếu.

Các nhà thiên văn học đã tính số lượng electron nằm dọc theo đường ngắm trở lại các nguồn FRBs. Sau khi quan sát năm FRBs khác nhau từ năm địa điểm khác nhau, nhóm nghiên cứu nhận thấy các phép đo của họ tương ứng gần như hoàn hảo với dự đoán về số lượng vật chất tồn tại trong vũ trụ.

Bí ẩn cuối cùng đã được giải quyết, mô hình tìm hiểu vũ trụ của họ là chính xác.

Tạo ra bản đồ về vũ trụ khả kiến

Vũ trụ khả kiến là vùng không gian tập hợp mọi vật chất, sự vật, hiện tượng mà con người có thể quan sát. Với FRBS, nhóm nghiên cứu tin chúng sẽ trở thành một công cụ mới để thăm dò vũ trụ.

Phương pháp phát hiện FRB có độ nhạy hơn nhiều so với các phương pháp trước đây và cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện vật chất thông thường bị ẩn giấu. Các nhà thiên văn học giờ đây có thể kết nối các vũ trụ được biết đến và tạo nên vũ trụ khá kiến.

“Kỹ thuật này sẽ cho phép chúng tôi vạch ra vị trí của khí gas. Cho đến hôm nay, chúng tôi đã có thể hiển thị cho bạn các hình ảnh mô phỏng vũ trụ khả kiến, nếu cho chúng tôi thời hạn 5 năm và ít nhất 100 phát xạ vô tuyến, chúng tôi có khả năng tạo nên một tấm bản đồ chính xác của vũ trụ”, Xavier Prochaska, nhà thiên văn học tại Đại học California cho biết.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm kiếm các FRBs với ASKAP và Macquart cho biết nhóm của ông đang chế tạo một cỗ máy khổng lồ có thể tăng tỷ lệ phát hiện FRBs gấp 20 lần. Bước nhảy vọt như vậy sẽ cho phép nhóm nghiên cứu thu được 100 tín hiệu trong vòng một tháng, giúp chúng ta có được cái nhìn tổng quát nhất về vũ trụ.

“Vật chất tối và năng lượng tối sẽ là vấn đề tiếp theo chúng tôi muốn giải quyết’, Macquart kết luận.