Trọng lực của Dải Ngân hà có thể giả dấu vết vật chất tối trong các dòng sao

Các dòng sao thường được xem là “máy dò” vật chất tối nhạy bén. Đây là những dải sao mảnh hình thành khi một cụm sao hoặc thiên hà vệ tinh bị lực hấp dẫn của thiên hà lớn kéo giãn trong quá trình chuyển động quanh nó. Nếu một tiểu quầng vật chất tối đi ngang qua, nó có thể làm dòng sao xuất hiện khoảng trống hoặc biến dạng.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới của Đại học Washington, công bố ngày 27 tháng 8 trên The Astrophysical Journal, đưa ra lời cảnh báo quan trọng: chính vật chất thông thường và trường hấp dẫn không đồng đều của Dải Ngân hà cũng có thể tạo ra nhiều dấu hiệu tương tự. 6

Điều này không khiến các dòng sao mất giá trị trong nghiên cứu vật chất tối. Thay vào đó, các nhà thiên văn cần xác định trước “mức nền” do thiên hà chủ tạo ra, rồi mới có thể kết luận một biến dạng cụ thể bắt nguồn từ cấu trúc vật chất tối vô hình.

Mô phỏng đã kiểm tra điều gì?

Nhóm nghiên cứu mô phỏng bốn thiên hà có khối lượng và cấu trúc tương tự Dải Ngân hà. Các tiểu quầng vật chất tối được chủ ý loại khỏi thí nghiệm để các nhà khoa học có thể cô lập tác động của chính thiên hà chủ. Sau đó, họ đưa khoảng 15.000 dòng sao vào những môi trường này và theo dõi chúng trong 5 tỷ năm mô phỏng.

Câu hỏi cốt lõi là: trọng lực của một thiên hà có thể tự mình làm biến dạng dòng sao đến mức nào, ngay cả khi không xảy ra tương tác với các tiểu quầng vật chất tối?

Gần như mọi dòng sao đều trở nên bất thường

Kết quả cho thấy các biến dạng không phải hiện tượng hiếm. Gần như tất cả dòng sao trong mô phỏng đều phát triển những đặc điểm như:

• khoảng trống;
• chỗ gấp khúc và uốn cong;
• nhánh phụ;
• các cụm sao hoặc những sai lệch khác so với một dải sao trơn mượt. 6

Theo kết quả được báo cáo, chỉ khoảng 1% dòng sao vẫn hoàn toàn trơn mượt. 6 Vì vậy, một dòng sao có hình dạng bất thường không tự động chứng minh rằng một tiểu quầng vật chất tối đã đi xuyên qua nó.

Nguồn gây biến dạng chủ yếu là đĩa sao không đồng đều của thiên hà chủ. Khi dòng sao đi qua những vùng có mật độ sao khác nhau, nó phải chuyển động trong một “địa hình” hấp dẫn luôn thay đổi. Lực kéo không đều này có thể bẻ cong, kéo giãn hoặc xé dòng sao, tạo ra những cấu trúc trông khá giống tác động được dự đoán từ các tiểu quầng vật chất tối. 6

Đây là đường cơ sở, không phải lời phủ nhận

Nghiên cứu không bác bỏ việc sử dụng dòng sao để tìm hiểu vật chất tối. Điều mà nó thay đổi là cách các nhà khoa học diễn giải bằng chứng.

Một khoảng trống hoặc chỗ gấp khúc vẫn có thể do tiểu quầng vật chất tối gây ra, nhưng đặc điểm đó phải được so sánh với những biến dạng mà bản thân Dải Ngân hà có thể tạo nên.

Bằng cách thực hiện mô phỏng không có tiểu quầng vật chất tối, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một trường hợp đối chứng cho các hiệu ứng do thiên hà chủ. Những mô phỏng tiếp theo có thể bổ sung tiểu quầng vật chất tối để xác định đặc điểm nào xuất hiện thường xuyên hơn, hoặc có hình dạng khác biệt hơn, khi các cấu trúc vô hình này hiện diện. 6

Bước so sánh này rất quan trọng. Nếu bỏ qua nó, các nhà nghiên cứu có thể gặp phải “dương tính giả”: nhầm những biến dạng thông thường do động lực học của Dải Ngân hà với bằng chứng về các cấu trúc vật chất tối.

Đài quan sát Rubin có thể đóng góp gì?

Kính thiên văn khảo sát Simonyi thuộc Đài quan sát Vera C. Rubin được kỳ vọng sẽ phát hiện thêm nhiều dòng sao mờ hơn và lập bản đồ chi tiết hơn về cấu trúc của chúng. Một mẫu quan sát lớn hơn sẽ giúp các nhà thiên văn đối chiếu dữ liệu thực tế với các mô phỏng tách riêng tác động của trọng lực Dải Ngân hà và tiểu quầng vật chất tối. 6

Vì thế, hướng đi sắp tới không phải là từ bỏ các dòng sao, mà là biến phương pháp này thành một công cụ phân biệt tốt hơn. Việc kết hợp mô phỏng thiên hà chủ sát thực tế, mô hình có bổ sung tiểu quầng vật chất tối và kho dữ liệu ngày càng mở rộng của Rubin có thể giúp giới nghiên cứu nhận ra đâu là hệ quả bình thường của động lực học thiên hà, đâu mới là dấu hiệu thực sự của vật chất tối.