Không ai có thể biết chính xác “sức mạnh bí ẩn thứ 5” là gì, nhưng các nghiên cứu đã cho thấy nếu sức mạnh thứ 5 này thực sự tồn tại, nó sẽ có tác động đáng ngạc nhiên đối với sự hình thành cấu trúc vũ trụ. Nguồn lực thứ 5 có thể làm giảm tính không nhất quán giữa lý thuyết và quan sát trong một số lĩnh vực thuộc vũ trụ học.
Cho đến thời điểm này, một nghiên cứu mới đã chứng minh rằng nguồn lực thứ 5 có thể có liên quan đến vật chất tối. Trong một bài viết công bố trên tạp chí Physical Review Letters các nhà vật lý Jo Bovy và Glennys Farrar đã rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng nguồn lực thứ 5 tồn tại trong vùng tối có thể nén vật chất tối, vật chất tối vốn rất khó có thể được phát hiện trực tiếp qua các tương tác quay độc lập. Ngược lại, các thí nghiệm trong tương lai chắc chắn có thể phát hiện được tương tác quay độc lập của vật chất tối, khi đó bất cứ nguồn lực thứ 5 nào trong vùng tối chắc chắn là quá yếu .
Tiến sĩ Bovy đồng thời sinh viên thuộc đại học New York cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy chúng tôi có thể chế ngự một số đặc tính của vật chất tối, ví dụ như sự kết hợp các tương tác của nó với các vùng quan sát được và sức mạnh của nguồn lực thứ 5 giữa các phần tử vật chất tối thông qua những thí nghiệm với vật chất thông thường”. Về việc trường hợp nào có khả năng xảy ra, nguồn lực thứ 5 loại trừ khả năng phát hiện trực tiếp vật chất tối hay khả năng phát hiện trực tiếp vật chất tối loại trừ nguồn lực thứ 5 có liên quan, Bovy và Farrar cho rằng không thể nói trước được. “Cả hai trường hợp nêu trên đều rất thú vị cả về mặt lý thuyết lẫn quan sát thực tiễn”.
Các nghiên cứu trước cho thấy khả năng tồn tại nguồn lực thứ 5 đã mở rộng mô hình tiêu chuẩn. Mặc dù hầu hết các mô hình về vật chất tối dự đoán rằng lực giữa các phần tử vật chất tối có phạm vi nhỏ, các mô hình ví dụ như siêu đối xưng và giả thuyết dây lại cho phép tồn tại hạt rất nhẹ có thể mang lực phạm vi lớn trong vùng tối.
Trong nghiên cứu này, nguồn lực thứ 5 – lực hấp dẫn phạm vi lớn không phải trọng lực – có lẽ kết hợp trực tiếp với vật chất tối nhưng lại không kết hợp với vật chất nhìn được thông thương. Tuy nhiên, nếu các phần tử vật chất tối tương tác không trọng lực với vật chất thông thường, sự chính xác định lượng sẽ khiến nguồn lực thứ 5 nảy sinh ở vùng quan sát được.
| Trên bức ảnh cụm Bullet, vùng màu xanh lục thể hiện cái được cho là vật chất tối. Các nhà vật lý đang nghiên cứu mối liên hệ giữa một nguồn lực bí ẩn thứ 5 và khả năng phát hiện trực tiếp vật chất tối. (Ảnh: NASA / CXC / CIA / STSci / Magellan / Đại học Ariz. / ESO) |
Giáo sư vật lý Farrar kiêm giám đốc Trung tâm vũ trụ học và vật lý phân tử tại Đại học New York cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi tiết lộ mối liên hệ cho đến nay vẫn chưa được nhận ra giữa tương tác của vật chất tối với vật chất thông thường và hiện tượng tự tương tác của vật chất tối”.
Theo giải thích của Bovy và Farrar, thứ mang được nguồn lực thứ 5 phải có giá trị chân không vào khoảng khối lượng Planck. Ngược lại, điều này đòi hỏi vật chất tối phải nặng trong hầu hết các trường hợp. Trong các thí nghiệm phát hiện trực tiếp, các nhà khoa học tìm kiếm vật chất tối bằng cách quan sát các phần tử vật chất thông thường dội lại do bị phân tán bởi các phần tử vật chất tối. Khi khối lượng của các phần tử vật chất tối tăng lên, liên kết trong quá trình ghép cặp vật chất tối và vi lượng trở nên chặt chẽ hơn, khiến việc phát hiện trực tiếp vật chất tối khó hơn.
Bên cạnh ý nghĩa đối với các quan sát nhằm phát hiện trực tiếp vật chất tối, nguồn lực thứ 5 cũng được cho là tác động tới quá trình hình thành cấu trúc phạm vi lớn. Nếu nguồn lực thứ 5 này có thể hút và có phạm vi lớn, nó sẽ làm tăng đáng kể sức mạnh của tương tác lực hấp dẫn, từ đó tăng cường quá trình hình thành cấu trúc. Theo các nghiên cứu trước đây, một tác động như thế có thể thu hẹp sự khập khiễng giữa quan sát và dự đoán trong một số lĩnh vực, ví dụ như bằng cách gia tăng số lượng của các cụm thiên hà, các cụm vật chất lớn, đồng thời làm giảm khoảng trống, điều này sẽ phù hợp hơn với các quan sát.
Theo giải thích của các nhà khoa học, tác động của nguồn lực thứ năm không đòi hỏi sự tồn tại của nó, nhưng chúng chắc chắn thôi thúc các nhà nghiên cứu khám phá ý nghĩa của nó.
Farrar cho biết: “Jo Bovy và tôi đang tìm hiểu sự chế ngự tương tự là gì, có thể là giữa các tín hiệu tiêu hủy vật chất tối và nguồn lực thứ 5. Bên cạnh đó, phối hợp với những người khác, tôi đang tìm hiểu những tác động của vật chất tối đối với ngành vũ trụ học”.
Bovy thêm rằng ông cũng đang nghiên cứu ý nghĩa của lực hút phạm vi nhỏ giữa các phần tử vật chất tối, điều này có thể tạo điều kiện cho việc phát hiện sự tiêu hủy vật chất tối từ các thiên hà vệ tinh của thiên hà Milky Way.