Vòng Einstein hé lộ bí ẩn về vật chất tối

Vật thể kỳ lạ, lần đầu tiên được phát hiện

Một khối vật chất tối vừa được phát hiện với khối lượng lớn gấp 1 triệu lần Mặt Trời, nằm cách chúng ta khoảng 10 tỷ năm ánh sáng, và đặc biệt không hề có ngôi sao nào.

Điều này khiến nó trở thành ứng viên sáng giá cho khối vật chất tối tinh khiết nhỏ nhất từng được ghi nhận. Phát hiện này không chỉ củng cố mô hình vật chất tối lạnh (CDM) mà còn đặt ra những giới hạn chặt chẽ hơn cho bản chất và hành vi của các hạt vật chất tối, khi các nhà vật lý và thiên văn tiếp tục truy tìm cái “vật vô hình” chi phối cấu trúc vũ trụ.

Khám phá xuất phát từ quá trình quan sát vòng Einstein, một hiện tượng thấu kính hấp dẫn. Trong đó, khối lượng lớn ở tiền cảnh làm biến dạng không gian và bẻ cong ánh sáng từ thiên hà ở hậu cảnh để tạo thành một vành sáng quanh thiên hà tiền cảnh.

Điều thú vị là các nhà khoa học chỉ vô tình tìm thấy vật thể kỳ lạ khi đang thực hiện phân tích hình ảnh lốc xoáy ánh sáng vô tuyến kết hợp với hình ảnh hồng ngoại.

Cụ thể, họ quan sát thấy một vết khía bất thường trong vành sáng, chỉ có thể được giải thích bằng sự hiện diện của một khối lượng vô hình chen giữa đường ánh sáng và điểm quan sát.

Để làm rõ hiện tượng này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến toàn cầu để tạo ra một “kính viễn vọng cỡ Trái Đất” có khả năng phân giải cực cao. Với đường cơ sở càng lớn, nhóm càng có thể nhìn thấy các chi tiết nhỏ trong cấu trúc ánh sáng bị thấu kính hóa.

Khi kiểm tra kỹ lưỡng, họ nhận thấy một “vết khía” trong cung ánh sáng vô tuyến, một hiện tượng mà chỉ có thể giải thích bằng một vật thể có khối lượng lớn nằm giữa các thiên hà nền và tiền cảnh.

Chìa khóa để hiểu rõ bản chất của vật chất tối

Nhóm nghiên cứu cho biết, dữ liệu quan sát phù hợp với mô hình vật chất tối lạnh, vốn là nền tảng trong hiểu biết về cách các thiên hà hình thành theo thời gian.

Chris Fassnacht, một thành viên của nhóm, nhận định: “Việc phát hiện những vật thể có khối lượng thấp như thế này là chìa khóa để hiểu rõ bản chất của vật chất tối.”

Dẫu vậy, hiện vẫn có 2 giả thuyết tách biệt dành cho đối tượng này. Ở trường hợp thứ nhất, đối tượng có thể là một thiên hà lùn không còn hoạt động. Ở trường hợp thứ hai, đối tượng chính là một khối vật chất tối tinh khiết hoàn toàn, tức là không có bất kỳ thành phần sao nào bên trong.

Nếu có thể xác nhận đây là khối vật chất tối, nó sẽ là vật thể tối nhỏ nhất từng được phát hiện, khi nhỏ hơn gần 100 lần so với các đối tượng tối được quan sát trước đó.

Theo đó, phát hiện này không chỉ là dấu mốc trong ngành thiên văn học mà còn là thử thách với lý thuyết vật chất tối: liệu chúng ta có thể tin rằng vật chất tối được phân bố đều, mịn, hay nó thực sự “lồi lõm” với những khối tinh khiết kích cỡ rất nhỏ?

Hiện tượng thấu kính hấp dẫn – Vòng Einstein là gì?

Thấu kính hấp dẫn (Gravitational lensing) là hiện tượng ánh sáng từ một vật thể ở xa (như thiên hà hoặc quasar) bị bẻ cong khi đi qua vùng không gian có khối lượng rất lớn (như thiên hà, cụm thiên hà hoặc hố đen).

Khi nguồn sáng, vật thể bẻ cong và người quan sát nằm thẳng hàng gần như hoàn hảo, ánh sáng bị uốn thành một vòng tròn sáng hoàn chỉnh, gọi là vòng Einstein (Einstein ring), được dự đoán lần đầu bởi Albert Einstein năm 1936.

Hiện tượng này giúp các nhà thiên văn “nhìn thấy” những vật thể không phát sáng như vật chất tối, vì nó tiết lộ khối lượng vô hình đang làm méo không gian.