Vật chất tối có thể đã được phát hiện tình cờ

Nếu được xác nhận, đây sẽ là một phương pháp hoàn toàn mới để khám phá bí ẩn lớn nhất của vũ trụ.

Hình minh họa về sóng hấp dẫn (màu đỏ và xanh dương) phát ra từ một cặp hố đen đang hợp nhất, bên trong một đám mây vật chất tối (ảnh: MIT).

Theo nhóm nghiên cứu từ Mỹ, Anh và châu Âu, nếu hai hố đen va chạm trong một đám mây vật chất tối, các sóng hấp dẫn lan truyền khắp vũ trụ sẽ mang theo những đặc điểm riêng biệt của môi trường đó. Khi áp dụng mô hình này vào hàng chục lần phát hiện sóng hấp dẫn, họ đã tìm thấy một sự kiện tiềm năng phù hợp với giả thuyết.

"Sử dụng hố đen để tìm kiếm vật chất tối sẽ thật tuyệt vời", Nhà vật lý học Rodrigo Vicente từ Đại học Amsterdam, Hà Lan, nhận định. "Chúng ta sẽ có thể khảo sát vật chất tối ở những quy mô nhỏ hơn bao giờ hết".

Lý thuyết tương đối rộng của Einstein, công bố năm 1916, đã mô tả trọng lực là sự cong của không-thời gian và dự đoán sự tồn tại của sóng hấp dẫn. Tuy nhiên, phải đến năm 2015, những gợn sóng này mới được phát hiện trực tiếp, mở ra một kỷ nguyên mới trong thiên văn học.

Mỗi sự kiện sóng hấp dẫn mang theo thông tin quý giá về các vật thể tham gia, từ sự hợp nhất của các hố đen, sao neutron, cho đến những vật thể kỳ lạ hơn như lỗ sâu. Giờ đây, các nhà khoa học đặt câu hỏi liệu những tín hiệu này có thể giúp giải mã một bí ẩn khác: vật chất tối - loại vật chất vô hình chỉ tương tác với vật chất thường thông qua lực hấp dẫn.

Một hình ảnh chụp nhanh từ các mô phỏng trường vật chất tối xung quanh hai hố đen đang xoắn ốc (ảnh: Roy et al., Phys. Rev. Lett., 2026).

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình vật chất tối từ các hạt siêu nhẹ, có khả năng tạo thành trường và tương tác với môi trường cực đoan như gần hố đen.

Họ giả định rằng năng lượng quay của hố đen có thể ảnh hưởng đến các đám mây vật chất tối, và ngược lại, những đám mây này sẽ thay đổi động lực học của các hố đen khi chúng va chạm, để lại dấu vết trong sóng hấp dẫn.

Khi áp dụng mô hình này vào 28 phát hiện của mạng lưới quan sát sóng hấp dẫn LVK (LIGO, Virgo, KAGRA), 27 tín hiệu cho thấy các mẫu xuất phát từ chân không.

Tuy nhiên, sự kiện đặc biệt có tên GW190728, được phát hiện vào tháng 7/2019, lại cho thấy một mẫu phù hợp với việc một cặp hố đen hợp nhất trong đám mây vật chất tối dày đặc.

Mặc dù kết quả này rất thú vị, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh cần thận trọng. "Độ ý nghĩa thống kê của điều này không đủ cao để khẳng định việc phát hiện ra vật chất tối, và cần thực hiện các kiểm tra thêm bởi các nhóm độc lập", Nhà vật lý học Josu Aurrekoetxea từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho biết.

Ông cũng lưu ý rằng: "Nếu không có các mô hình sóng như của chúng tôi, chúng ta có thể đang phát hiện các vụ hợp nhất hố đen trong môi trường vật chất tối, nhưng lại phân loại chúng theo hệ thống là đã xảy ra trong chân không".

Vật chất tối vẫn là một bí ẩn lớn, với nhiều giả thuyết về bản chất của nó. Dù vậy, nghiên cứu này mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn, cho phép các nhà khoa học sử dụng sóng hấp dẫn như một công cụ mới để vén màn bí mật về thành phần vô hình nhưng chiếm phần lớn vũ trụ của chúng ta.

Theo Báo Dân Trí