Vật chất tối là một chất ma quái mà các nhà thiên văn học đã không phát hiện được trong nhiều thập kỷ, nhưng chúng ta biết rằng nó có ảnh hưởng to lớn đến vật chất bình thường trong vũ trụ, chẳng hạn như các ngôi sao và thiên hà. Thông qua lực hấp dẫn cực lớn mà nó tác dụng lên các thiên hà, nó sẽ làm chúng quay tròn, tạo thêm lực đẩy dọc theo quỹ đạo của chúng hoặc thậm chí xé chúng ra xa nhau.

Giống như một tấm gương lễ hội vũ trụ, nó cũng bẻ cong ánh sáng từ các vật thể ở xa để tạo ra nhiều hình ảnh bị bóp méo, một quá trình được gọi là thấu kính hấp dẫn.

và nghiên cứu gần đây cho thấy nó có thể tạo ra nhiều kịch tính hơn thế này bằng cách tạo ra những ngôi sao bùng nổ.

Đối với tất cả sự tàn phá mà nó gây ra với các thiên hà, không có nhiều thông tin về việc liệu vật chất tối có thể tương tác với chính nó hay không, ngoại trừ thông qua lực hấp dẫn. Nếu nó chịu tác dụng của các lực khác thì chúng phải rất yếu, nếu không thì chúng đã bị đo lường.

Một ứng cử viên khả dĩ cho hạt vật chất tối, được tạo thành từ một lớp giả thuyết gồm các hạt lớn tương tác yếu (hoặc WIMP), đã được nghiên cứu kỹ lưỡng nhưng cho đến nay vẫn chưa có bằng chứng quan sát nào.

Gần đây, các loại hạt khác, cũng tương tác yếu nhưng cực kỳ nhẹ, đã trở thành tâm điểm chú ý. Những hạt này, được gọi là trục, là người đầu tiên đề xuất vào cuối những năm 1970 đến giải quyết một vấn đề lượng tử, nhưng chúng cũng có thể phù hợp với yêu cầu về vật chất tối.

Không giống như WIMP, không thể “dính” vào nhau để tạo thành các vật thể nhỏ, các trục có thể làm được điều đó. Bởi vì chúng quá nhẹ nên một số lượng lớn axion sẽ phải chiếm toàn bộ vật chất tối, điều đó có nghĩa là chúng sẽ phải dồn nén lại với nhau. Nhưng vì chúng là một loại hạt hạ nguyên tử được gọi là hạt boson, họ không bận tâm.

Trên thực tế, các tính toán cho thấy các trục có thể được nén chặt đến mức chúng bắt đầu hành xử kỳ lạ – tập thể hoạt động giống như một làn sóng – theo các quy luật của cơ học lượng tử, lý thuyết chi phối thế giới vi mô của nguyên tử và hạt. Trạng thái này được gọi là Bose-Einstein ngưng tụ, và có thể, bất ngờ, cho phép các trục hình thành “sao” của riêng họ.

Điều này sẽ xảy ra khi sóng tự di chuyển, tạo thành cái mà các nhà vật lý gọi là “soliton”, là một khối năng lượng cục bộ có thể di chuyển mà không bị biến dạng hoặc phân tán. Điều này thường thấy trên Trái đất ở các xoáy và xoáy nước, hoặc các vòng bong bóng cá heo tận hưởng dưới nước.

Sản phẩm Nghiên cứu mới cung cấp các tính toán cho thấy rằng các soliton như vậy cuối cùng sẽ tăng kích thước, trở thành một ngôi sao có kích thước tương tự hoặc lớn hơn một ngôi sao bình thường. Nhưng cuối cùng, chúng trở nên mất ổn định và bùng nổ.

Năng lượng giải phóng từ một vụ nổ như vậy (được gọi là “bosenova”) sẽ sánh ngang với năng lượng của siêu tân tinh (một ngôi sao bình thường phát nổ). Cho rằng vật chất tối nặng hơn nhiều so với vật chất nhìn thấy được trong vũ trụ, điều này chắc chắn sẽ để lại dấu hiệu trong những quan sát của chúng ta về bầu trời. Chúng tôi vẫn chưa tìm thấy những vết sẹo như vậy, nhưng nghiên cứu mới cho chúng tôi điều gì đó để tìm kiếm.

Một bài kiểm tra quan sát

Sản phẩm các nhà nghiên cứu đằng sau nghiên cứu nói rằng chất khí xung quanh, được tạo thành từ vật chất bình thường, sẽ hấp thụ năng lượng dư thừa này từ vụ nổ và phát ra một phần năng lượng đó trở lại. Vì hầu hết khí này được tạo thành từ hydro nên chúng ta biết ánh sáng này phải ở tần số vô tuyến.

Thật thú vị, những quan sát trong tương lai với Mảng Kilômét vuông kính thiên văn vô tuyến có thể bắt được nó.

Vì vậy, trong khi pháo hoa từ vụ nổ sao tối có thể bị che khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta, chúng ta có thể tìm thấy hậu quả của chúng trong vật chất nhìn thấy được. Điều tuyệt vời ở đây là một khám phá như vậy sẽ giúp chúng ta tìm ra vật chất tối thực sự được tạo thành từ đâu – trong trường hợp này rất có thể là các trục.

Điều gì sẽ xảy ra nếu các quan sát không phát hiện được tín hiệu dự đoán? Điều đó có lẽ sẽ không loại trừ hoàn toàn lý thuyết này, vì các hạt “giống axion” khác vẫn có thể xảy ra. Tuy nhiên, việc phát hiện thất bại có thể chỉ ra rằng khối lượng của những hạt này rất khác nhau, hoặc chúng không kết hợp với bức xạ mạnh như chúng ta nghĩ.

Trên thực tế, điều này đã từng xảy ra trước đây. Ban đầu, người ta nghĩ rằng các axion sẽ kết hợp mạnh đến mức chúng có thể làm mát khí bên trong các ngôi sao. Nhưng vì các mô hình làm mát sao cho thấy các ngôi sao vẫn ổn nếu không có cơ chế này, nên cường độ liên kết trục phải thấp hơn so với giả định ban đầu.

Tất nhiên, không có gì đảm bảo rằng vật chất tối được tạo thành từ các trục. WIMP vẫn là đối thủ trong cuộc đua này, và cũng có những người khác.

Ngẫu nhiên, một số nghiên cứu cho rằng vật chất tối giống WIMP cũng có thể tạo thành “sao tối”. Trong trường hợp này, các ngôi sao vẫn bình thường (được tạo thành từ hydro và heli), với vật chất tối cung cấp năng lượng cho chúng.

Những ngôi sao tối được cấp năng lượng bởi WIMP này được dự đoán là có khối lượng siêu lớn và chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn trong vũ trụ sơ khai. Nhưng chúng có thể được quan sát bởi Kính viễn vọng Không gian James Webb. Một nghiên cứu gần đây đã khẳng định ba khám phá như vậy, mặc dù bồi thẩm đoàn vẫn chưa biết liệu điều đó có thực sự đúng như vậy hay không.

Tuy nhiên, sự hứng thú về axion ngày càng tăng và có nhiều kế hoạch để phát hiện chúng. Ví dụ, các trục được mong đợi để chuyển đổi thành photon khi chúng đi qua một từ trường, do đó các quan sát về các photon có năng lượng nhất định đang nhắm vào các ngôi sao có từ trường, chẳng hạn như sao neutron, hoặc thậm chí mặt trời.

Về mặt lý thuyết, có những nỗ lực nhằm cải tiến các dự đoán về vũ trụ sẽ trông như thế nào với các loại vật chất tối khác nhau. Ví dụ: axion có thể được phân biệt với WIMP Nhân tiện, họ bẻ cong ánh sáng qua thấu kính hấp dẫn.

Với những quan sát và lý thuyết tốt hơn, chúng ta hy vọng rằng bí ẩn về vật chất tối sẽ sớm được giải mã.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2024/03/25/dark-stars-dark-matter-may-form-exploding-stars-finding-them-could-help-reveal-what-its-made-of/