Theo các nhà khoa học, vật chất tối là loại vật chất đang làm vũ trụ giãn nở. Các bài toán con người dùng để tính toán khối lượng vũ trụ trước đây đều không giải thích được hiện tượng này.
Theo lý thuyết, vũ trụ phải co lại nếu chỉ có lực hấp dẫn. Tuy nhiên dường như có một loại vật chất nào đó đang khiến quỹ đạo các hành tinh và ngân hà chuyển động khác đi.
Người ta đã cố gắng giải thích bản chất vật chất tối từ khá lâu. Vô số giả thuyết, thậm chí là những định luật vật lý ra đời, từ hạt Neutrino ma quái cho đến các hạt mới hơn nữa chưa được biết đến.
 |
| Hình ảnh thiên hà Andromeda chụp bằng Hyper Suprime Cam. Ảnh: NAOJ. |
Vào những năm 1970, Stephen Hawking và đồng nghiệp đã đưa ra giả thuyết rằng vụ nổ Big Bang có thể đã tạo ra một lượng lớn hố đen cực nhỏ, mỗi lỗ có kích thước tương đương một proton.
Tìm kiếm các hố đen nhỏ bé
Không thể quan sát thấy những hố đen nhỏ bé, cổ xưa này vì chúng không phát ra ánh sáng, nhưng lực hấp dẫn của chúng sẽ có tác động lớn lên các vật thể khác. Đây cũng là hai tính chất cơ bản của vật chất tối.
Đến tận bây giờ, các nhà khoa học chỉ có thể thí nghiệm kiểm chứng lý thuyết này thông qua việc quan sát các hố đen nguyên thủy khá lớn, có khối lượng nặng hơn mặt trăng.
Song nhờ cải tiến công nghệ, giới chuyên gia giờ đây đã có thể chụp được những bức ảnh sắc nét hơn rất nhiều về không gian.
Theo Live Science, nhóm nghiên cứu của chuyên gia Masahiro Takada thuộc Viện Vật lý và Toán học Vũ trụ Kavli tại Nhật Bản đã sử dụng máy ảnh kỹ thuật số Hyper Suprime-Cam (HSC) trên kính viễn vọng Subaru ở Hawaii để chụp toàn bộ thiên hà Andromeda (thiên hà gần nhất của chúng ta).
Mục tiêu của nhóm là tìm kiếm các hố đen nguyên thủy mà Stephen Hawking từng đề cập đến.
 |
| Minh họa cho bức xạ thoát ra từ một hố đen. Ảnh: Vox. |
Khác các lỗ đen siêu lớn như ở trung tâm của thiên hà Messier 87 vốn được bao quanh bởi các đĩa vật chất nóng sáng, các hố đen nguyên thủy nhỏ hơn hàng tỷ lần và không có đĩa vật chất phát sáng xung quanh.
Để tìm kiếm các hố đen nguyên thủy, các nhà khoa học phải quan sát những nơi mà trường hấp dẫn của chúng bẻ cong ánh sáng, hiện tượng gọi là microlensing.
Kính viễn vọng tìm các hố đen siêu nhỏ bằng cách chụp nhiều hình ảnh khác nhau của một ngôi sao theo thời gian. Một hố đen di chuyển qua phía trước ngôi sao đó sẽ làm biến dạng ánh sáng, khiến nó nhấp nháy. Hố đen càng nhỏ, tốc độ nhấp nháy càng nhanh.
Nhà vật lý học Takada của nhóm nghiên cứu cho biết nếu hố đen có kích thước bằng mặt trời, chu kì nhấp nháy sẽ là một vài tháng hoặc hơn. Khối lượng hố đen nhỏ hơn, chu kì nhấp nháy ngắn hơn.
Lý thuyết của Hawking bị nghi ngờ
Hệ thống kính HSC cho phép các nhà khoa học chụp ảnh tất cả các ngôi sao trong thiên hà Andromeda cùng một lúc, tốc độ phơi sáng khá nhanh vào khoảng 2 phút.
Điều nhóm quan sát được là khối lượng các hố đen nhỏ hơn họ nghĩ, chỉ cỡ khối lượng mặt trăng.
 |
| Máy ảnh Hyper Suprime-Cam trên kính viễn vọng Subaru ở Hawaii. Ảnh: ASIAA. |
Takada và nhóm đã chụp khoảng 200 tấm ảnh thiên hà Andromeda trong 7 tiếng đồng hồ vào một đêm trời quang. Họ chỉ phát hiện ra đúng một lần hố đen siêu nhỏ xuất hiện. Nếu hố đen siêu nhỏ là nguyên nhân chính tạo ra vật chất tối, chúng phải có khối lượng lớn hơn khoảng 1.000 lần con số này.
"Microlensing là tiêu chuẩn vàng để phát hiện các hố đen", Simeon Bird, nhà vật lý thuộc Đại học California - Riverside cho biết. "Công trình này đã loại trừ khả năng các hố đen nguyên thủy là nguyên nhân chính tạo vật chất tối. Đó là một kết quả rất tốt".
Tuy nhiên chừng đó vẫn chưa thể khẳng định Stephen Hawking đã phán đoán sai. Theo Bird và Takada, có thể nhóm nghiên cứu chưa đủ khả năng tìm thấy các hố đen nhỏ hơn.
Nếu chu kì nhấp nháy của các hố đen siêu nhỏ quá nhanh, công nghệ hiện tại có thể vẫn chưa đủ phát hiện ra chúng. Các hố đen này có thể là một phần nguyên nhân sinh ra 10-20% vật chất tối.
Nhóm nghiên cứu cho biết sẽ tiếp tục tìm kiếm và quan sát các hố đen siêu nhỏ.
