Phần vật chất vũ trụ còn thiếu đã được tìm ra bởi đài quan sát tia-X XMM-Newton

Đài quan sát tia-X XMM-Newton trực thuộc Cơ quan Hàng không Vũ trụ Châu Âu dưới sự điểu khiển của một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế cuối cùng đã khám phá ra phần vật chất còn thiếu trong vũ trụ.

Mười năm trước, các nhà khoa học đã dự đoán rằng khoảng một nửa vật chất thông thường là được cấu tạo bởi những nguyên tử tồn tại dưới hình thức các đám khí bụi có mật độ thấp, tràn đầy trong vũ trụ rộng lớn và giữa các thiên hà.

Tất cả vật chất trong vũ trụ được phân bố giống như một cấu trúc mạng nhện, gọi là lưới vũ trụ (cosmic web). Tại những điểm nút đậm đặc nhất của lưới vũ trụ là các dải thiên hà – vật thể lớn nhất trong vũ trụ. Các nhà thiên văn học hoài nghi rằng những đám khí bụi mật độ thấp lan tràn khắp trong những “sợi dây” của chiếc lưới vũ trụ này.

Mật độ thấp của đám khí bụi đã ngăn cản nhiều cố gắng nhằm phát hiện ra nó trong quá khứ. Với độ nhạy cao của đài quan sát XMM-Newton, các nhà thiên văn học đã khám phá ra những phần đậm đặc nhất của nó. Khám phá này sẽ giúp họ hiểu được sự giãn nở của lưới vũ trụ.

Phức hợp quang học và hình ảnh tia-X của dải thiên hà Abell 222 và Abell 223. Dải thiên hà đôi này được nối liền bởi một sợi nhỏ thấm đầy bởi đám khí tỏa ra tia-X mật độ cao. Hình ảnh quang học được chụp bởi SuprimeCam của kính viễn vọng Subaru; hình ảnh tia-X cho thấy sự phân bổ của những đám khí khuếch tán (từ vàng sang đỏ) được quan sát bởi XMM-Newton. Người thực hiện: ESA/ XMM-Newton/ EPIC/ ESO (J. Dietrich)/ SRON (N. Werner)/ MPE (A. Finoguenov).

Chỉ khoảng 5% vũ trụ của chúng ta được cấu tạo bởi vật chất thông thường mà chúng ta đã biết, bao gồm proton, neutron hoặc baryon, cùng với electron, hình thành nên những khối vật chất thông thường. Phần còn lại của vũ trụ được cấu tạo bởi vật chất tối (23%) và năng lượng tối (72%). Một nửa của các vật chất baryon thì chưa được phát hiện. Tất cả các ngôi sao, thiên hà và các đám khí bụi quan sát được trong vũ trụ chỉ có ít hơn 1 nửa vật chất được cấu tạo bởi baryon.

Các nhà khoa học dự đoán rằng những đám khí phải có một nhiệt độ rất cao và nó có thể phóng xạ tia-X năng lượng thấp. Nhưng mật độ thấp của chúng làm cho việc quan sát trở nên khó khăn.

Các nhà thiên văn học đã sử dụng XMM-Newton để quan sát một cặp thiên hà, Abell 222 và Abell 223, cách trái đất 2.300 triệu năm ánh sáng. Khi ấy, những hình ảnh và quang phổ của hệ thống cho thấy một chiếc “cầu nối” bằng khí nóng liên kết hai chòm sao.

“Đám khí nóng mà chúng ta thấy trong ‘chiếc cầu’ hay là những ‘sợi dây’ có thể cực nóng và có mật độ cao nhất của đám khí khuếch tán trong lưới vũ trụ, được tin là cấu tạo bởi một nửa vật chất baryon trong vũ trụ,” ông Norbert Werner đến từ Học viện nghiên cứu vũ trụ Hà Lan SRON, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết.

Đây là một mô hình của lưới vũ trụ. Các chòm sao được dự đoán là sẽ phát triển ở các vùng nối của tấm lưới. Người thực hiện: Springel et al., Virgo Consortium

“Khám phá về phần nóng nhất của các baryon bị thiếu là rất quan trọng. Đó là bởi vì có nhiều loại [vật chất] khác nhau cùng tồn tại và chúng ta dự đoán là những baryon bị thiếu là một loại khí nóng, nhưng mẫu này có xu hướng khác biệt hẳn,” ông Alexis Finoguenov, một thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết thêm.

Thậm chí với độ nhạy của XMM-Newton, khám phá này chỉ có thể xảy ra bởi vì phần nối là dọc theo đường thẳng của tầm nhìn, tập trung sự bức xạ từ toàn điểm nối chỉ trong một vùng nhỏ trên bầu trời. Khám phá về khí nóng này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự giãn nở của lưới vũ trụ.

“Đây mới chỉ là điểm khởi đầu. Để hiểu về sự phân bố của vật chất trong lưới vũ trụ, chúng ta phải nghiên cứu thêm nhiều hệ thống giống như thế này. Và cuối cùng là khai trương một đài quan sát vũ trụ mới chuyên dụng để quan sát lưới vũ trụ với độ chính xác cao hơn hiện nay. Kết quả sẽ cho phép chúng ta thiết lập những yêu cầu chắc chắn cho nhiệm vụ mới này,” ông Norbert Werner kết luận.

Nhà khoa học phụ trách dự án ESA’s XMM-Newton, ông Norbert Schartel, bình luận về khám phá này: “Đột phá quan trọng này là một tin tuyệt vời cho sứ mệnh của chúng ta. Đám khí đã được phát hiện sau những cố gắng lớn lao và quan trọng hơn, chúng ta đã biết phải tìm kiếm ở nơi nào. Tôi hy vọng nhiều nghiên cứu theo sau XMM-Newton trong tương lai sẽ nhằm đúng những khu vực đầy hứa hẹn trên bầu trời.”

(Theo Chanhkien.org)