Phát lộ những cây cầu ẩn nối các thiên hà trong vũ trụ

Bản đồ vật chất tối trong vũ trụ cho thấy một số cấu trúc dạng sợi chưa từng được khám phá - những cây cầu ẩn - kết nối các thiên hà.

Bản đồ vật chất tối mới
Bản đồ vật chất tối vũ trụ địa phương được nhóm khoa học quốc tế, trong đó có một nhà vật lý thiên văn Đại học bang Pennsylvania, Mỹ, phát triển bằng học máy.
Bản đồ mới có thể giúp các nghiên cứu về bản chất của vật chất tối cũng như về lịch sử và tương lai của vũ trụ địa phương, tức vùng không gian vũ trụ được gọi là nhóm Địa phương, nơi chứa hơn 54 thiên hà, với hai thiên hà lớn nhất là Ngân Hà và thiên hà Tiên Nữ.
Vật chất tối tạo nên 80% vũ trụ, cung cấp bộ xương cho cái mà các nhà vũ trụ học gọi là mạng vũ trụ, tức cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ, do ảnh hưởng của lực hấp dẫn, quyết định chuyển động của các thiên hà và các vật chất vũ trụ khác.
Tuy nhiên, sự phân bố của vật chất tối cục bộ hiện chưa được biết rõ vì vật chất tối không thể đo trực tiếp. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu phải suy ra sự phân bố của vật chất tối dựa trên ảnh hưởng hấp dẫn của vật chất tối với các vật thể khác trong vũ trụ, như các thiên hà.
Những nỗ lực lập bản đồ mạng vũ trụ trước đây bắt đầu với một mô hình vũ trụ sơ khai và sau đó mô phỏng sự tiến hóa của mô hình này qua hàng tỉ năm. Phương pháp này chuyên sâu về mặt tính toán và cho đến nay vẫn chưa tạo ra kết quả đủ chi tiết để nhìn thấy vũ trụ địa phương.
Nhóm nghiên cứu quốc tế tạo ra bản đồ vật chất tối trong vũ trụ địa phương, với các thiên hà (chấm đen), những điểm đã biết trong vũ trụ (màu đỏ) và các điểm dạng sợi nhỏ hơn (màu vàng) hoạt động như cầu nối ẩn giữa các thiên hà. Dấu X biểu thị Ngân Hà và các mũi tên biểu thị chuyển động của vũ trụ địa phương do lực hấp dẫn. Ảnh: Đại học bang Pennsylvania
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học có cách tiếp cận hoàn toàn khác, sử dụng học máy để xây dựng một mô hình sử dụng thông tin về sự phân bố và chuyển động của các thiên hà để dự đoán sự phân bố của vật chất tối.
Các nhà nghiên cứu xây dựng và tập dượt cho mô hình mới bằng tập hợp lớn các mô phỏng thiên hà, được gọi là Illustris-TNG, bao gồm các thiên hà, khí, vật chất nhìn thấy khác, cũng như vật chất tối.
Nhóm nghiên cứu đặc biệt lựa chọn các thiên hà mô phỏng có thể so sánh với Ngân hà và cuối cùng xác định các đặc tính nào của các thiên hà là cần thiết để dự đoán sự phân bố vật chất tối.
Nhóm nghiên cứu sau đó áp dụng mô hình vào dữ liệu thực vũ trụ cục bộ từ danh mục thiên hà Cosmicflow-3. Danh mục chứa dữ liệu toàn diện về sự phân bố và chuyển động của hơn 17 nghìn thiên hà trong vùng lân cận của Ngân Hà - trong vòng 200 megaparsec.
Bản đồ mạng vũ trụ địa phương được xuất bản trong một bài báo công bố trực tuyến ngày 26.5.2021 trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Bản đồ tái tạo liên tục các cấu trúc nổi bật đã biết trong vũ trụ địa phương, bao gồm “tấm địa phương” - vùng không gian chứa Ngân hà, các thiên hà lân cận trong nhóm Địa phương và các thiên hà trong cụm sao Xử Nữ và “khoảng trống Địa phương" - vùng không gian rộng lớn, trống rỗng, nằm liền kề nhóm Địa phương.
Ngoài ra, bản đồ còn xác định một số cấu trúc mới cần nghiên cứu thêm, bao gồm các cấu trúc dạng sợi nhỏ hơn kết nối các thiên hà.
Chương mới cho nghiên cứu vũ trụ
“Có một bản đồ địa phương của mạng vũ trụ sẽ mở ra một chương mới của nghiên cứu vũ trụ. Chúng tôi có thể nghiên cứu sự phân bố của vật chất tối liên quan như thế nào với các dữ liệu phát xạ khác, điều này sẽ giúp chúng tôi hiểu được bản chất của vật chất tối. Và chúng tôi có thể nghiên cứu trực tiếp những cấu trúc dạng sợi này, những cầu nối ẩn giữa các thiên hà" - Donghui Jeong, giáo sư trợ lý về thiên văn học và vật lý thiên văn tại Đại học bang Pennsylvania, tác giả tham gia nghiên cứu, cho hay.
Ví dụ, có ý kiến cho rằng Ngân hà và các thiên hà Tiên Nữ có thể đang dần di chuyển về phía nhau nhưng liệu có xảy ra va chạm trong nhiều tỉ năm hay không thì vẫn chưa rõ. Nghiên cứu các sợi vật chất tối kết nối hai thiên hà cung cấp những hiểu biết quan trong về tương lai của chúng.
Các nhà nghiên cứu tin tưởng có thể cải thiện độ chính xác của bản đồ của họ bằng cách bổ sung thêm nhiều thiên hà hơn. Cuộc khảo sát thiên văn dự kiến, ví dụ sử dụng kính thiên văn không gian James Webb, có thể giúp các nhà thiên văn học thêm các thiên hà nhỏ hoặc mờ chưa từng được quan sát cũng như các thiên hà ở xa hơn vào bản đồ.