Khoa học dự đoán: nếu vật chất tối tồn tại sẽ làm nóng những hành tinh nằm tại trung tâm thiên hà sẽ được chứng minh vào cuối năm nay

Hai nhà vật lý học vừa đề xuất ý tưởng mới: vật chất tối có thể đang làm tăng nhiệt độ của các ngoại hành tinh (exoplanet - hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời).

Theo lời họ, những kính thiên văn không gian đã đang được phát triển sẽ sớm chứng minh khẳng định này, đồng thời lần dấu thứ vật chất bí ẩn và cách chúng phân bố khắp Dải Ngân hà.

“Trong khoa học, chẳng mấy khi chúng tôi có được ý tưởng mới toanh”, Sara Seager, một nhà hành tinh học cộng tác tại Viện Công nghệ Massachusetts và không có liên hệ với báo cáo nghiên cứu mới, phát biểu. “Vì thế, tôi rất hứng thú xem mối liên hệ giữa vật chất tối và ngoại hành tinh là gì”.

Suốt nhiều thập kỷ, các nhà vật lý thiên văn cho rằng vật chất tối vô hình bao bọc lấy cả thiên hà, không khác gì phần thủy tinh của viên bi bọc lấy dải màu bên trong nó. Lực hấp dẫn của vật chất tối là thành tố quan trọng để hợp lý hóa lý do các ngôi sao không bị văng ra khỏi những thiên hà quay ở tốc độ chóng mặt. 

Các nhà vật lý học giả định: vật chất tối thành hình từ những hạt cơ bản vương lại sau vụ nổ Big Bang. Nhưng cho tới nay, toàn bộ bằng chứng chứng minh vật chất tồn tồn tại đều được luận ra từ ảnh hưởng của lực hấp dẫn; ta chưa từng thấy vật chất tối tương tác trực tiếp với vật chất thường bao giờ.

Một số nhà vật lý thiên văn ngước lên cao để tìm tác động của hạt vật chất tối. Nhiều người cho rằng khi một cặp hạt va vào nhau, chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau để sinh ra những hạt quan sát được.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã thấy dấu hiệu của vật chất tối ở trung tâm Dải Ngân hà, nơi được cho là dày đặc thứ vật chất vô hình: họ phát hiện ra những dải sáng mờ nhạt bí ẩn.

Thế nhưng, giới khoa học vẫn tranh luận về nguồn gốc của chúng, chưa rõ đó là ảnh hưởng của vật chất tối hay tác động của lực hấp dẫn sản sinh ra bởi thiên thể nào (ví dụ như sao neutron hay hố đen).

Nghiên cứu mới nhất của Rebecca Leane, nhà vật lý lý thuyết hạt công tác tại MIT và Juri Smirnov, nhà vật lý hạt vũ trụ làm việc tại Đại học Bang Ohio, đề xuất sử dụng ngoại hành tinh làm công cụ phát hiện vật chất tối.

Thứ hạt bí ẩn có thể bị kéo lại gần nhau bởi lực hấp dẫn của lõi hành tinh, và tại đây, chúng có thể tương tác với nhau, triệt tiêu lẫn nhau để giải phóng nhiệt, làm tăng nhiệt độ lõi hành tinh. 

Nhiều nghiên cứu khác cho rằng vật chất tối có thể bám đầy những vật thể sở hữu lực hấp dẫn cực mạnh, đơn cử như sao neutron. Đã có một nghiên cứu xuất bản năm 2007 sử dụng dữ liệu nghiên cứu Trái Đất để đưa ra giới hạn trên cho khối lượng của hạt vật chất tối, thế nhưng hai nhà nghiên cứu Leane và Smirnov không nghĩ rằng Trái Đất có thể là công cụ đo hiệu quả.

Theo lời giáo sư Leane, những ngoại hành tinh có thể có khối lượng cao hơn hành tinh trong Hệ Mặt Trời nhiều lần, nên chúng sẽ có lực hấp dẫn lớn hơn, mang khả năng thu hút vật chất tối cao hơn.

Hơn nữa, với số lượng ngoại hành tinh dễ quan sát rất lớn (ước tính 300 tỉ hành tinh, nội trong Dải Ngân hà), tỉ lệ phát hiện thành công vật chất tối sẽ cao hơn chút đỉnh.

Tuy nhiên, không phải ngoại hành tinh nào cũng thỏa mãn yêu cầu. Để thu hút được lượng vật chất tối dù là nhỏ nhất, một hành tinh cần phải đủ nguội, tức là được khoảng vài tỉ năm tuổi tính từ lúc hình thành. Bên cạnh đó, hành tinh phải nằm xa ngôi sao trung tâm của hệ. “Bạn không muốn để mắt tìm một ngọn nến le lói trong cơn cháy rừng”, giáo sư Smirnov so sánh.

Mục tiêu lý tưởng sẽ là những hành tinh lơ lửng, đã văng khỏi hệ sao hay những thiên thể thất bại trong quá trình biến thành sao, chỉ còn là những ngôi sao lùn nâu. Những kính viễn vọng tương lai đều sẽ dễ dàng phát hiện ra hai ứng cử viên này, thông qua việc đo đạc cách chúng bẻ cong ánh sáng phát ra từ những ngôi sao nằm xa hơn.

Theo ước tính trong báo cáo mới, các hạt vật chất tối triệt tiêu lẫn nhau có thể làm nhiệt độ một hành tinh lớn gấp 14 lần Sao Mộc (vốn có đường kính 439,264 km, là hành tinh lớn nhất Hệ Mặt Trời) từ mốc 250 độ K (-23.15°C) lên tới 500 độ K (226.85°C).

Hành tinh càng gần trung tâm thiên hà, nó sẽ càng thu hút được nhiều vật chất tối. Vì thế, nếu phát hiện được một hành tinh như vậy lởn vởn ở nơi được cho là tập trung nhiều vật chất tối nhất, ta sẽ có thêm bằng chứng để khẳng định sự tồn tại của vật chất tối.

Tuy vậy, những công cụ phát hiện vật chất tối này vẫn chưa tối ưu. Ngay cả khi kính thiên văn không gian phát hiện ra những hành tinh ấm dần lên, từng đó dữ liệu chưa đủ để tính được khối lượng hạt vật chất tối và những chỉ số liên quan khác.

Nghiên cứu này cũng giả định rằng hạt vật chất tối không cần tới hàng tỉ năm để bám lên hành tinh. Cần kiểm tra kỹ giả định này trước khi đưa ra kết luận cuối cùng.

Dù gì, nhờ những kính thiên văn đang được NASA phát triển, hai nhà nghiên cứu Leane và Smirnov vẫn sẽ nhận được số dữ liệu nghiên cứu phù hợp để khẳng định tính chính xác của báo cáo khoa học mới.

Thiết bị đầu tiên là Kính thiên văn Không gian James Webb dự kiến sẽ lên không vào cuối năm nay, thiết bị thứ hai là Kính thiên văn Không gian Nancy Grace Roman (có tên cũ là WFIRST) dự kiến sẽ được phóng vào 2025. Nhà khoa học hành tinh Sara Seager khẳng định giới thiên văn học “chắc chắn sẽ dùng WFIRST để tìm những hành tinh trôi nổi vô định trong không gian”.

John Beacom, nhà vật lý lý thuyết không gian nhận định các nghiên cứu ngoại hành tinh sẽ bổ sung dữ liệu cho hành trình tìm hạt vật chất tối. Những máy phát hiện vật chất tối đặt sâu dưới lòng đất chỉ có thể phát hiện ra những hạt vật chất tối có khối lượng nhỉnh hơn proton chút đỉnh, còn các công cụ nghiên cứu ngoại hành tinh sẽ nhạy đến mức tìm ra hạt nhẹ chỉ bằng 1/1000 khối lượng proton.

“Khả năng này cho phép chúng ta xác định được những đặc tính của vật chất tối theo những cách vốn bất khả thi nếu thực hiện trên Trái Đất”.

Theo Tạp chí Điện tử