Trong vũ trụ học, "Vật chất tối" là một trong những khái niệm bí ẩn và quan trọng nhất. Nó chiếm khoảng 27% vũ trụ, nhưng chúng ta lại không thể nhìn thấy hay tương tác trực tiếp với nó. Điều này dẫn đến một câu hỏi cơ bản: Liệu có phải chính vật chất tối là tác nhân gây ra toàn bộ lực hấp dẫn mà chúng ta quan sát được không?
Câu trả lời ngắn gọn là không. Vật chất tối không gây ra lực hấp dẫn, nhưng nó có lực hấp dẫn, bởi vì nó có khối lượng.
Vật Chất Tối Là Gì và Nó Hoạt Động Như Thế Nào?
Đây là mô hình về vật chất tối được chấp nhận rộng rãi nhất hiện nay:
- Chúng ta không biết nó được tạo ra từ gì.
- Nó không được tạo thành từ các hạt quen thuộc như proton, neutron, và electron (tức là vật chất baryonic thông thường).
- Nó gần như không tương tác với ánh sáng hay bất kỳ loại vật chất thông thường nào khác.
Tuy nhiên, có một ngoại lệ cực kỳ quan trọng: vật chất tối có khối lượng. Và theo thuyết tương đối rộng của Einstein, bất cứ thứ gì có khối lượng đều bẻ cong không-thời gian và tạo ra lực hấp dẫn. Do đó, vật chất tối cũng tác dụng lực hấp dẫn lên mọi thứ xung quanh nó, giống như các ngôi sao và thiên hà.
Nói một cách đơn giản, bạn không cần vật chất tối để có lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trời vẫn tồn tại dù cho có vật chất tối ở giữa hay không. Vật chất tối chỉ "bổ sung" thêm lực hấp dẫn của chính nó vào tổng thể vũ trụ.
Giàn Giáo Vô Hình Của Vũ Trụ
Vậy vai trò thực sự của vật chất tối là gì? Bằng chứng rõ ràng nhất cho thấy nó hoạt động như một giàn giáo vô hình, một bộ khung xương khổng lồ mà toàn bộ vật chất hữu hình (thiên hà, sao, hành tinh) bám vào đó để hình thành và phát triển.
Một bản đồ 3 chiều chi tiết nhất về vũ trụ từng được tạo ra, trải dài hàng tỷ năm ánh sáng, đã xác nhận điều này. Bằng cách quan sát sự bẻ cong của ánh sáng từ các thiên hà xa xôi (hiện tượng thấu kính hấp dẫn), các nhà thiên văn học có thể "vẽ" ra sự phân bố của vật chất tối.
Bản đồ này cho thấy các thiên hà không phân bố ngẫu nhiên, mà tập trung dọc theo những sợi và cụm vật chất tối khổng lồ, tạo thành một cấu trúc mạng nhện vũ trụ (cosmic web).
Sự Tiến Hóa Từ "Mịn" Đến "Vón Cục"
Những phát hiện này cũng củng cố một lý thuyết quan trọng khác: vũ trụ của chúng ta đã tiến hóa từ một trạng thái "mịn" sang "vón cục".
 |
| Ảnh: Bản đồ 3 chiều chi tiết nhất của vũ trụ từng được tạo ra, trải dài hàng tỷ năm ánh sáng, cung cấp bằng chứng rõ ràng nhất cho thấy "vật chất tối" bí ẩn này đóng vai trò là giàn giáo vô hình mà mọi thứ chúng ta có thể nhìn thấy được đang treo trong nó. |
- Thuở sơ khai: Ngay sau Vụ nổ Big Bang, vật chất (cả tối và thông thường) được phân bố một cách tương đối trơn tru và đồng đều trong vũ trụ.
- Theo thời gian: Dưới tác động của lực hấp dẫn, những vùng có mật độ vật chất tối cao hơn một chút đã bắt đầu hút vật chất từ những vùng xung quanh. Trải qua hàng tỷ năm, quá trình này đã khiến vật chất ngày càng "vón cục" lại, tạo thành các sợi và cụm khổng lồ trong mạng nhện vũ trụ.
Các nhà thiên văn học đã xác nhận điều này khi nhìn vào những khu vực xa nhất trong bản đồ 3 chiều của họ – tức là nhìn về quá khứ khoảng 6,5 tỷ năm trước. Họ thấy rằng vật chất tối ở thời điểm đó được phân bố đều hơn rất nhiều so với hiện tại.
- Sự tiến hóa của cấu trúc này cũng hé lộ một cuộc "giằng co" vĩ đại trong vũ trụ:
- Lực hấp dẫn (từ vật chất tối và vật chất thường): Có xu hướng kéo mọi thứ lại với nhau, tạo ra sự "vón cục".
- Năng lượng tối: Một lực phản hấp dẫn bí ẩn, có xu hướng đẩy mọi thứ ra xa nhau, làm vũ trụ giãn nở ngày càng nhanh.
Sự lộn xộn và cấu trúc phức tạp của vũ trụ ngày nay chính là kết quả của cuộc giằng co kéo dài hàng tỷ năm giữa hai thế lực đối nghịch này.
