Vật chất tối được tạo ra từ lỗ đen

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học Mỹ cho thấy vật chất tối được tạo ra từ lỗ đen nguyên thủy, xuất hiện trong một phần nghìn giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang.

Theo Daily Galaxy, phần lớn các lý thuyết đều cho rằng vật chất tối là một dạng tồn tại của các hạt vật chất chiếm số lượng lớn nhưng lại khó phát hiện nhất trong vũ trụ. Theo đó, vũ trụ được tạo thành bởi 5% các vật chất thông thường mà chúng ta nhìn thấy, 27% vật chất tối, và 68% năng lượng tối. Gần đây, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết cho rằng vật chất tối được tạo thành bởi các lỗ đen nguyên thủy xuất hiện ở những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ.

Vật chất tối là một trong những bí ẩn lớn nhất của vật lý thiên văn. (Ảnh: NASA).

Trong nghiên cứu mới công bố hôm 24/5 trên tạp chí Astrophysical Journal Letters, Alexander Kashlinsky, nhà khoa học tại Trung tâm Không gian Goddard của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) chứng minh giả thuyết này phù hợp với những hiểu biết của chúng ta về nền hồng ngoại và tia X trong vũ trụ. Đồng thời, giả thuyết này giúp giải thích những khối lượng lớn một cách bất ngờ của các lỗ đen sát nhập tìm thấy vào năm ngoái.

"Nếu điều này là đúng, thì tất cả các thiên hà, trong đó có dải Ngân Hà của chúng ta, nằm trong một quả cầu khổng lồ gồm nhiều lỗ đen, mỗi lỗ đen trong số đó có khối lượng gấp khoảng 30 lần so với Mặt Trời", Kashlinsky cho biết.

Năm 2005, Kashlinsky dẫn đầu một nhóm các nhà thiên văn sử dụng kính viễn vọng không gian Spitzer của NASA để khám phá nền hồng ngoại (CIB) trên bầu trời. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy dấu hiệu về nguồn sáng đầu tiên thắp sáng vũ trụ hơn 13 tỷ năm trước. Trong năm 2013, một nghiên cứu khác về nền tia X (CXB) được đo bởi Đài quan sát Chandra của NASA nhằm mục đích so sánh với kết quả CIB của Kashlinsky.

Trên lý thuyết, những ngôi sao đầu tiên chủ yếu phát ra ánh sáng quang học và tia cực tím. Một phần trong số này bị biến đổi thành tia hồng ngoại do sự nở ra của vũ trụ. Vì thế, phổ tín hiệu CIB có thể chứa những thông tin nhiễu trong khi phổ CXB có thể loại bỏ điều này.

Kết quả cho thấy những ánh sáng bất thường của tia X năng lượng thấp trong phổ CXB trùng khớp với các tín hiệu tương tự trong phổ CIB. Điều này có nghĩa các ánh sáng này đến từ một đối tượng duy nhất, và chỉ những lỗ đen nguyên thủy mới có thể bức xạ trên một dải năng lượng rộng như thế.

Các nhà khoa học dự đoán vật chất tối chiếm 27% thành phần của vũ trụ, trong khi vật chất thông thường chỉ chiếm 5%. (Ảnh: Science Blog).

Kashlinsky cũng cho rằng các lỗ đen nguyên thủy làm thay đổi phân bố khối lượng của vũ trụ trong những giây đầu tiên, gây ra những biến đổi mà hệ quả của nó xảy ra hàng trăm triệu năm sau, khi những ngôi sao đầu tiên bắt đầu hình thành.

Lúc này, hầu hết vật chất thông thường trong vũ trụ quá nóng để hợp thành các ngôi sao đầu tiên. Vật chất tối không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao do nó tương tác thông qua lực hấp dẫn. Chúng tập hợp lại bằng cách hút lẫn nhau, tạo thành những quầng sáng nhỏ, một dạng hạt hấp dẫn cho phép vật chất thông thường liên kết với nhau. Khí nóng lúc này bị hút về phía các quầng sáng nhỏ, tạo thành những túi khí dày đặc, và tiếp tục lớn dần lên hình thành những ngôi sao đầu tiên.

Nếu những lỗ đen nguyên thủy tham gia hình thành vật chất tối, quá trình hợp nhất của các khí sẽ diễn ra nhanh hơn và biểu hiện bằng những gợn sóng trong phổ tín hiệu CIB ghi được tại Spitzer.