Vũ trụ chứa hai loại vật chất: vật chất tối vô hình, chỉ được phát hiện thông qua tác động hấp dẫn quy mô lớn và vật chất thông thường như khí, bụi, sao, hành tinh.
Dù vật chất thông thường chỉ chiếm khoảng 15% tổng vật chất trong vũ trụ, các nhà khoa học từ lâu đã không thể tìm ra toàn bộ số lượng này – khoảng một nửa từng bị coi là "mất tích".
Giờ đây, nhờ vào các xung sóng vô tuyến mạnh từ 69 điểm xa xôi trong vũ trụ, các nhà nghiên cứu cho biết họ đã lần đầu tiên dò được vị trí của phần vật chất còn thiếu.
Ẩn mình giữa các thiên hà
Theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Astronomy, vật chất này chủ yếu tồn tại dưới dạng khí mỏng, khuếch tán rộng trong không gian liên thiên hà. Loại khí này, tạo nên môi trường liên thiên hà, được phát hiện thông qua cách nó tác động đến sóng vô tuyến truyền đi qua vũ trụ.
Trước đây, các nhà khoa học tính toán lượng vật chất thông thường dựa trên ánh sáng còn sót lại từ Vụ nổ lớn Big Bang cách đây 13,8 tỷ năm. Tuy nhiên, họ không thể xác định vị trí của toàn bộ số vật chất này.
"Vấn đề là: nó đang trốn ở đâu? Và giờ có vẻ như câu trả lời là: trong một mạng lưới vật chất mảnh mai và khuếch tán nằm giữa các thiên hà", giáo sư thiên văn học Liam Connor từ Đại học Harvard, tác giả chính của nghiên cứu, nhận định.
Một phần nhỏ vật chất còn thiếu được cho là nằm trong các quầng khí mỏng bao quanh thiên hà, bao gồm cả Dải Ngân Hà. Vật chất thông thường này gồm các baryon – những hạt hạ nguyên tử như proton và neutron tạo nên nguyên tử, hành tinh, con người và các vì sao. Trái lại, vật chất tối vẫn là bí ẩn chưa có lời giải về bản chất lẫn thành phần cấu tạo.
Vậy vì sao nhiều vật chất thông thường lại nằm rải rác trong không gian thay vì tập trung trong thiên hà? Theo các nhà khoa học, quá trình hình thành sao, sự bùng nổ của các siêu tân tinh và các hoạt động dữ dội từ lỗ đen siêu lớn đã "thổi" lượng lớn khí ra khỏi các thiên hà, phân tán chúng trên quy mô cực lớn. Phần lớn khí này tồn tại ở trạng thái plasma – nơi các electron và proton tách rời nhau.
Để tìm ra lượng vật chất này, các nhà nghiên cứu đã phân tích các vụ nổ vô tuyến nhanh (Fast Radio Bursts – FRB) – các xung sóng vô tuyến cực mạnh phát ra từ các thiên thể xa xôi, có thể là các sao neutron từ tính cao. Khi ánh sáng từ các FRB truyền đến Trái đất, nó bị phân tán do tương tác với vật chất trên đường đi. Mức độ phân tán đó cung cấp thông tin về lượng vật chất mà ánh sáng đã đi qua.
Tiếp theo sẽ là đi tìm vật chất tối
Tổng cộng, 69 FRB đã được sử dụng trong nghiên cứu, trong đó 39 vụ do mạng lưới kính viễn vọng Deep Synoptic Array tại California phát hiện, và 30 vụ còn lại đến từ các đài quan sát khác. Một số FRB đến từ khoảng cách lên tới 9,1 tỷ năm ánh sáng – xa nhất từng được ghi nhận.
Từ dữ liệu thu thập được, nhóm nghiên cứu xác định rằng khoảng 76% vật chất thông thường nằm trong không gian liên thiên hà, 15% ở các quầng khí quanh thiên hà, và 9% còn lại trong thiên hà, chủ yếu dưới dạng sao hoặc khí.
“Giờ đây, khi chúng ta đã thống kê được toàn bộ vật chất thông thường, có thể chuyển sang những câu hỏi lớn hơn: vật chất tối là gì, và tại sao chúng ta vẫn chưa thể đo được nó trực tiếp?”, Connor nói.
