TRUNG HỌC DUY TÂN - PHAN RANG

[Mây tím]

Khám phá bí ẩn về vật chất tối Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways. (TED) Cùng tìm hiểu về vật chất tối, một loại vật chất trên giả thuyết không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể được nhận ra từ những ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với chất rắn và các vật thể khác trong vũ trụ. Các nhà khoa học tin rằng vật chất tối là thành phần cơ bản chiếm đến 70% vật chất trong vũ trụ. Nhà khoa học Patricia Burchat cho biết: "Là một nhà vật lý về hạt, tôi nghiên cứu các hạt cơ bản và cách chúng tương tác ở mức cơ bản nhất. Trong suốt sự nghiệp của mình, tôi sử dụng các loại máy gia tốc, chẳng hạn như máy gia tốc electron tại Trường đại học Stanford, để nghiên cứu vật chất ở mức độ vi mô. Nhưng gần đây, tôi chuyển hướng sang vũ trụ ở mức độ vĩ mô. Bởi vì, tôi sẽ giải thích cho các bạn, những thứ vi mô và vĩ mô thật sự liên quan chặt chẽ đến nhau. Tôi sẽ nói cho các bạn biết quang cảnh vũ trụ trong thế kỷ 21 của chúng ta, nó được cấu tạo như thế nào và các câu hỏi lớn trong khoa học vật lý. "Gần đây, chúng ta nhận ra rằng vật chất thường trong vũ trụ - và khi nói đến vật chất thường, ý tôi là các bạn, tôi, các hành tinh, ngôi sao, thiên hà - vật chất thường chỉ chiếm vài phần trăm thành phần của vũ trụ. Gần một phần tư, hay xấp xỉ một phần tư vật chất trong vũ trụ là một thứ vô hình. Gọi là vô hình, nghĩa là nó không hấp thụ quang phổ điện từ. Nó không phát xạ trong quang phổ điện từ. Nó không phản xạ. Nó không tương tác với quang phổ điện từ, thứ chúng ta dùng để phát hiện các sự vật. Nó hoàn toàn không tương tác. Vậy làm sao ta biết nó tồn tại? Nhờ vào hiệu ứng hấp dẫn. Trên thực tế, vật chất tối thống trị hiệu ứng hấp dẫn trong vũ trụ ở phạm vi vĩ mô, và tôi sẽ đưa ra dẫn chứng về điều đó." "Trong những ngân hà, đặc biệt là ngân hà xoắn ốc, hầu hết các ngôi sao tập trung ở trung tâm ngân hà. Số lượng khổng lồ các ngôi sao giữ chúng chuyển động theo quỹ đạo trong ngân hà. Và chúng ta có những ngôi sao chạy theo vòng tròn. Như bạn có thể tưởng tượng, các ngôi sao nằm càng gần khu vực trung tâm thì xoay càng nhanh hơn so với những ngôi sao ở xa. "Vậy nên bạn sẽ cho rằng nếu bạn đo tốc độ quỹ đạo của các ngôi sao, tốc độ ở khu vực rìa sẽ chậm hơn so với ở trong. Hoặc, nếu đo tốc độ dựa vào khoảng cách, chúng ta sẽ cho rằng tốc độ giảm dần khi khoảng cách tăng lên từ tâm thiên hà. Tuy nhiên, khi thực hiện đo đạc, cái chúng ta có được là tốc độ gần như không đổi, theo tương quan với khoảng cách. Nếu nó bất biến, có nghĩa là các ngôi sao bên ngoài cảm nhận được hiệu ứng hấp dẫn của những vật chất mà chúng ta không nhìn thấy. Trên thực tế, thiên hà này và tất cả những thiên hà khác như được nhúng trong một đám mây vật chất tối vô hình. Và đám mây vật chất này có dạng cầu hơn hẳn bản thân các thiên hà, và nó bao phủ rộng hơn rất nhiều so với các thiên hà. Collage of six cluster collisions with dark matter maps (ESA/Hubble) "Chính các thiên hà không nằm ngẫu nhiên trong không gian, chúng có xu hướng co cụm lại. Đây là ví dụ về một cụm thiên hà rất nổi tiếng, Coma. Có đến hàng ngàn thiên hà trong cụm này. Chúng là những đốm trắng, mờ mờ, hình ovan. Những cụm thiên hà này - chúng ta chụp hình nó bây giờ, và chụp hình nó trong một thập kỷ nữa, chúng vẫn sẽ giống hệt nhau. Thế nhưng thực tế là những thiên hà này đang di chuyển với tốc độ chóng mặt. Chúng đang di chuyển xung quanh trường hấp dẫn tiềm năng của cụm thiên hà. Và tất cả các thiên hà đang chuyển động. Chúng ta có thể đo vận tốc của những thiên hà này, vận tốc quỹ đạo, và tính được mật độ của cụm thiên hà này. "Và một lần nữa, cái mà chúng ta tìm thấy là số lượng thiên hà trên thực tế lớn hơn nhiều so với số lượng thiên hà chúng ta có thể nhìn thấy và đếm được. Xem các phần khác của quang phổ điện từ, chúng ta sẽ thấy có rất nhiều gas trong cụm thiên hà này. Trên thực tế, lượng vật chất tối cấu thành nên khối thiên hà nhiều gấp khoảng 10 lần lượng vật chất thường. Sẽ tốt hơn nếu chúng ta có thể nhìn thấy vật chất tối rõ ràng hơn một chút. Chúng ta có thể nhìn thấy nó trực quan hơn không? Có thể chứ! " "Để tôi chỉ cho các bạn chúng ta nhìn bằng cách nào. Đây là người quan sát: có thể là mắt người, hoặc kính viễn vọng. Giả sử đây là một thiên hà trong vũ trụ. Làm thế nào chúng ta thấy thiên hà đó? Một tia sáng rời khỏi thiên hà và du hành xuyên qua vũ trụ trong hàng tỉ năm, trước khi chạm vào kính viễn vọng hay mắt của bạn. Giờ thì, làm thế nào chúng ta tính được vị trí của thiên hà ấy? Chúng ta suy luận bằng hướng di chuyển của tia sáng khi nó chiếu đến mắt chúng ta, phải không? Chúng ta nói, tia sáng đến từ hướng này; nên thiên hà phải ở đó. Giờ, giả sử tôi đặt ở giữa một cụm thiên hà - và đừng quên có cả vật chất tối. Giờ đây, nếu chúng ta xem xét một tia sáng khác, phát đi theo hướng này, chúng ta cần phải tính đến điều Einstein dự đoán khi ông phát triển Thuyết tương đối rộng. Và đó chính là trường hấp dẫn, do khối thiên hà sinh ra, sẽ làm lệch hướng không chỉ quỹ đạo của các hạt, mà cả bản thân ánh sáng nữa. "Vì thế tia sáng này sẽ không tiếp tục đi theo một đường thẳng, mà sẽ bị bẻ cong và chiếu đến mắt chúng ta. Người quan sát sẽ nhìn thấy thiên hà ở đâu? Bạn có thể trả lời. Bên trên, đúng không? Chúng ta suy luận ngược lại và cho rằng thiên hà nằm ở phía trên. Có tia sáng nào khác có thể đến mắt người quan sát từ thiên hà đó không? Có! Tia sáng có thể đi xuống dưới, bị bẻ cong và chiếu lên mắt người quan sát, và người quan sát thấy tia sáng ở đây. "Giờ, tính đến thực tế là chúng ta sống trong một vũ trụ ba chiều, một không gian ba chiều. Có những tia sáng nào có thể đi đến mắt chúng ta nữa không? Có! Những tia sáng có thể nằm trên một hình nón. Vậy toàn bộ tia sáng trên một hình nón - tất cả sẽ bị bẻ cong bởi cụm thiên hà và hướng đến mắt người quan sát. Nếu có một cụm nón tia sáng chiếu đến mắt tôi, tôi sẽ thấy gì? Một vòng tròn. Gọi là Vòng tròn Einstein. Einstein đã tiên đoán điều đó. Đây chỉ có thể là một vòng tròn hoàn hảo nếu nguồn sáng, vật làm lệch và nhãn cầu, trong trường hợp này, tất cả đều nằm trên một đường thẳng hoàn hảo. Nếu chúng xiên một chút, chúng ta sẽ thấy một hình ảnh khác. "Vậy bằng chứng mà chúng ta có là một phần tư vũ trụ là vật chất tối - thứ thu hút trường hấp dẫn này - là các thiên hà, tốc độ các ngôi sao di chuyển theo quỹ đạo trong các thiên hà là rất lớn; nó phải được nhúng trong vật chất tối. Tốc độ các thiên hà trong cụm di chuyển theo quỹ đạo là rất lớn; chúng phải được nhúng trong vật chất tối. Và chúng ta nhìn thấy những tác động thấu kính hấp dẫn, chứng tỏ rằng các cụm thiên hà được nhúng trong vật chất tối." Đăng Trình