Khám phá mới: Vật chất tối có thể có trước Vụ nổ lớn

Bình luận Văn Thiện • 11:00, 08/11/19

Trước đây, vật chất tối thường được xem như tàn dư của từ Vụ nổ lớn. Nghiên cứu mới chỉ ra có lẽ chúng xuất hiện trong một khoảng thời gian rất ngắn trước Vụ nổ lớn.

'Vụ nổ lớn' là gì?

Điều quan trọng cần phải hiểu đó là khái niệm về Vụ nổ lớn. Thực ra, Vụ nổ lớn không đề cập đến nguồn gốc vũ trụ. Nhà thiên văn học người Anh có tên Fred Hoyle cho rằng: Ý nghĩa của chữ "vụ nổ lớn" là ám chỉ thời điểm lạm phát cực nhanh xuất hiện trong giai đoạn đầu của vũ trụ.

Ngoài ra, “Vụ nổ lớn” gần như chắc chắn không phải là một 'tiếng nổ' giống như khi một quả bóng bay phình lên nhanh chóng rồi nổ tung. Vụ nổ đó cũng không thể được cho là 'lớn' vì nó bắt nguồn từ một điểm vô cùng nhỏ.

Sự tiến hóa của vũ trụ. Kỷ nguyên Vụ nổ lớn được tính từ 10-22 giây sau thời điểm ban đầu (Ảnh: Drbogdan/Yinweichen/Wikimedia)

Theo tờ Medium, Tenkanen cho biết: “Các nhà vũ trụ học hiện nay định nghĩa Vụ nổ lớn là một kỷ nguyên khoảng 13,8 tỷ năm trước, khi vũ trụ được nén thành một thể tích nhỏ”.

Do độ nén rất lớn, các phân tử và nguyên tử bị phân rã thành các hạt cơ bản nhỏ hơn và hình thành một nồi súp nóng mà các nhà khoa học gọi là tắm nhiệt”. Vì vậy, Vụ nổ lớn không phải là khởi đầu của vũ trụ, chỉ là gần với điểm đó.

Theo Tenkanen, các nhà nghiên cứu có thông tin này bởi vì họ thu được bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB) - được đo chính xác - sinh ra khi vũ trụ ở trạng thái đó.

Anh nói tiếp: “Tuy nhiên, tính chất của bức xạ CMB này cho thấy rằng trước khi quá trình nhiệt hình thành, vũ trụ ở một trạng thái khác, các nhà vũ trụ học gọi là thời kỳ lạm phát vũ trụ”.

Ảnh của bức xạ phông chụp bởi vệ tinh WMAP của NASA vào tháng 6 năm 2003 (Ảnh: Wikipedia)

Không ai biết chuyện gì đã xảy ra trước thời kỳ lạm phát hoặc thời điểm ban đầu. Nhưng theo cách nói hiện đại, lạm phát xảy ra trước kỷ nguyên Big Bang.

Tenkanen và mô hình mới về vật chất tối

Trong một thời gian dài, các nhà nghiên cứu tin rằng vật chất tối là vật chất còn sót lại từ Vụ nổ lớn. Tenkanen cho biết trong phỏng vấn của Đại học Johns Hopkins rằng: Nếu vật chất tối thực sự là tàn dư của Vụ nổ lớn, thì trong nhiều trường hợp, các nhà nghiên cứu đã thấy tín hiệu trực tiếp của vật chất tối trong các thí nghiệm vật lý hạt khác nhau”. Nhưng cho đến nay tất cả các tìm kiếm thử nghiệm về vật chất tối đều không thành công.

Sử dụng một khung toán học mới, đơn giản, nghiên cứu cho thấy vật chất tối có thể đã được tạo ra trước Vụ nổ lớn trong thời kỳ lạm phát vũ trụ khi không gian đang mở rộng rất nhanh. Sự mở rộng nhanh chóng dẫn đến việc sản sinh ra nhiều loại hạt vô hướng. Cho đến nay, chỉ có một loại hạt vô hướng đã được phát hiện đó là hạt Higgs boson nổi tiếng.

Mô phỏng thể hiện sự phân rã thành hạt Higgs sau va chạm của hai proton trong thiết bị CMS (Ảnh: Wikipedia)

“Chúng tôi không biết vật chất tối là gì, nhưng nếu nó có liên quan đến bất kỳ hạt vô hướng nào thì nó có thể sẽ có trước Vụ nổ lớn. Với kịch bản toán học được đề xuất, chúng ta không cần phải giả sử các loại tương tác mới giữa vật chất tối và vật chất nhìn thấy được ngoài lực hấp dẫn mà chúng ta đã biết”, Tenkanen giải thích.

Thực ra ý tưởng rằng vật chất tối tồn tại trước Vụ nổ lớn không phải là mới, nhưng các nhà lý thuyết đã không thể đưa ra các tính toán hỗ trợ cho ý tưởng này. Nghiên cứu mới cho thấy các nhà nghiên cứu luôn bỏ qua kịch bản toán học đơn giản nhất có thể về nguồn gốc vật chất tối, ông nói.

Nghiên cứu mới cũng cho thấy một cách để kiểm tra nguồn gốc của vật chất tối bằng cách quan sát những dấu hiệu vật chất tối để lại trong sự phân bố vật chất trong vũ trụ.

“Trong khi các loại vật chất tối này quá khó tìm thấy trong các thí nghiệm hạt, nó có thể bộc lộ về sự hiện diện của mình trong các quan sát thiên văn. Chúng ta sẽ sớm tìm hiểu thêm về nguồn gốc của vật chất tối khi vệ tinh Euclid được phóng vào năm 2022. Sẽ rất thú vị khi xem những gì nó sẽ tiết lộ về vật chất tối và liệu những phát hiện của nó có thể được sử dụng để nhìn vào thời đại trước Big Bang”, Tenkanen kết luận.

Thiện Căn (biên dịch và tổng hợp)

Tham khảo Sciencealert, Johns Hopkins University, The Startup