Dải thiên hà không vật chất tối
Công trình “Một thiên hà thiếu vật chất tối” (A galaxy lacking dark matter) mới xuất bản trên Nature của giáo sư Pieter van Dokkum, trường đại học Yale, và cộng sự đã miêu tả dải thiên hà mang tên NGC 1052-DF2 trống rỗng thứ vật chất huyền thoại này. Họ cho rằng bản thân sự vắng mặt cũng gia tăng dấu hiệu về sự tồn tại của nó.
Một thiên hà xa xôi trong vũ trụ hoàn toàn không có vật chất tối khiến các nhà thiên văn học bối rối, điều đó cũng gia tăng thêm phần bí ẩn về thứ vật chất khó nắm bắt này.
Sự vắng mặt của vật chất tối từ một thiên hà – một “miếng vá” nhỏ của bầu trời, có thể không phải là vấn đề lớn, nó chỉ cho thấy là các nhà thiên văn học chưa bao giờ quan sát được vật chất tối một cách trực tiếp ở bất cứ nơi đâu. Dẫu sao, phần lớn các lý thuyết hiện nay về vũ trụ đều đề xuất về việc có thể tìm thấy vật chất thông thường ở khắp nơi trong khi vật chất tối hẳn là bị “dấu kín”. Điều đó khiến cho việc quan sát về dải thiên hà mới đây trở thành ngoại lệ.
Giáo sư Pieter van Dokkum – tác giả chính của công bố trên Nature về thiên hà không vật chất tối, nhận xét: “Chưa bao giờ người ta quan sát được trường hợp nào như thế này. Nó thách thức những ý tưởng đã được thừa nhận một cách rộng rãi về cách chúng ta vẫn suy nghĩ về sự hình thành của các dải thiên hà”.
Các nhà nghiên cứu suy luận về sự tồn tại của vật chất tối qua sự ảnh hưởng của lực hấp dẫn mà nó gây ra lên các vật thể hữu hình, và họ cũng đề xuất tỷ lệ vượt trội của vật chất tối với vật chất thông thường là 5:1.
Những bằng chứng rõ ràng nhất được đến từ việc theo dõi các ngôi sao trong các vùng xa xôi của các dải thiên hà, và thấy chúng đang quay với tốc độ ngày càng nhanh hơn với vận tốc di chuyển của chúng, tốc độ ngưỡng này phải đủ lớn để phá vỡ sự liên kết của lực hấp dẫn đang giữ chúng ở đúng vị trí và ném những ngôi sao đó vào vũ trụ. Điều này cho thấy dù không quan sát được nhưng cũng đủ để thấy vật chất tối có khả năng giữ được các ngôi sao ở trong quỹ đạo.
Trong dải Ngân hà, vật chất tối nhiều gấp 30 lần so với vật chất thông thường. Những quan sát gần nhất tập trung vào NGC 1052-DF2, một dải thiên hà siêu khuếch tán – những thiên hà lớn đầy ma quái nhưng hầu như không có bất kỳ ngôi sao nào.
Nhóm nghiên cứu đã dò theo những chuyển động của các chòm 10 sao có độ sáng lớn và tìm thấy chúng đã di chuyển với vận tốc thấp hơn các vận tốc [mà họ] chờ đợi. “Về cơ bản giống thì trông chúng như thể vẫn đang đứng yên”, van Dokkum nói.
Các vận tốc di chuyển này đã giúp các nhà nghiên cứu đưa ra một ước tính về khối lượng dải thiên hà này thấp hơn 400 lần so với dự kiến. Van Dokkum giải thích, “nếu vật chất tối có mặt khắp nơi tại dải thiên hà này thì cũng [với số lượng] vô cùng nhỏ. Các ngôi sao trong đó có thể giải thích cho tất cả các khía cạnh của khối lượng, qua đó chúng ta thấy dường như không có chỗ này cho vật chất tối [ở NGC 1052-DF2]”.
Một cách nghịch lý, các tác giả công trình cho biết khám phá về dải thiên hà không vật chất tối có giá trị như bằng chứng về sự tồn tại của vật chất tối. Một giải thích khác về việc các ngôi sao chuyển động theo quỹ đạo tăng nhanh dần là cách hiểu lực hấp dẫn mất dần hiệu lực với khoảng cách đã bị hiểu sai – nhưng trong trường hợp này, tất cả các dải thiên hà phải theo cùng một hình mẫu.
Andrew Pontzen – nhà vũ trụ học ở trường đại học London, người không tham gia vào nghiên cứu này, nói: “Các lý thuyết về lực hấp dẫn có xu hướng điều chỉnh để tái tạo các dải thiên hà điển hình, điều đó có nghĩa là họ có thể phải nỗ lực để giải thích cho những bất kỳ điều gì mới xuất hiện hoặc khác thường.
Việc quan sát được dải thiên hà không vật chất tối đã làm dấy lên những câu hỏi về cách các dải thiên hà hình thành như thế nào tại vị trí xuất hiện đầu tiên. Phần lớn những thuyết minh hiện tại đều đề xuất là vật chất tối chiếm ưu thế trong vũ trụ, các “miếng vá” đậm đặc hơn của vật chất tối có thể đã cung cấp những hạt giống đầu tiên để kết thành khối vật chất trong vũ trụ sớm và cuối cùng tạo thành các ngôi sao và các dải thiên hà. Van Dokkum cho biết, “Toàn bộ câu chuyện này là một trong những cách vật chất tối trở thành vật liệu để xây dựng nên từng dải thiên hà. Đây không phải là một thành phần của dải thiên hà, giống như cánh tay hình xoắn ốc, mà như bộ khung cơ bản làm cơ sở cho tất cả cấu trúc trong vũ trụ”.
Giáo sư Jeremiah Ostriker ngành thiên văn học ở trường đại học Columbia ở New York cho rằng quan sát này có ý nghĩa rất lớn. Ông nói, “Mô hình tiêu chuẩn chứa khí rơi vào những quầng sáng – hoặc các khối – của vật chất tối và chuyển thành các ngôi sao để tạo ra một dải thiên hà.
Những cách giải thích kiểu suy đoán bao gồm sự va chạm hoặc sự kiện gây biến động lớn bên trong dải thiên hà này dẫn đến việc mọi vật chất tối bị cuốn trôi.
Van Dokkum và đồng nghiệp đã nhận diện được dải thiên hà mang tên NGC 1052-DF2 này bằng việc sử dụng kính thiên văn Dragonfly Telephoto Array ở New Mexico – một thiết bị có kinh phí đầu tư khiêm tốn và được thiết kế từ 48 camera thương mại và các thấu kính theo phong cách paparazzi.
Những hình ảnh đầu tiên chỉ cho thấy một điểm tròn ma quái trên bầu trời đêm nhưng khi sử dụng những kính thiên văn như Gemini Multi Object Spectrograph và Keck telescopes một cách cẩn thận, họ đã có thể chọn được ra những chùm sao bên trong dải thiên hà này và dõi theo các chuyển động của nó. Hiện nhóm nghiên cứu đang tiếp tục quan sát các dải thiên hà siêu khuếch tán để tìm hiểu xem liệu có bất kỳ dải thiên hà nào trong số này cũng không có vật chất tối hay không.
Thanh Nhàn dịch
Nguồn: https://www.theguardian.com/science/2018/mar/28/galaxy-without-any-dark-matter-baffles-astronomersa
