Vật chất tối, thành phần chiếm khoảng 27% năng lượng toàn phần của vũ trụ, từ lâu được biết đến với vai trò định hình các thiên hà và cấu trúc quy mô lớn thông qua lực hấp dẫn. Dù vậy, các nhà khoa học vẫn chưa thể khẳng định liệu hấp dẫn có phải là tương tác duy nhất của loại vật chất bí ẩn này hay không. Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) đã xem xét khả năng các hạt vật chất tối tương tác với nhau thông qua một lực ẩn, và kết quả thu được mang đến một kết luận hoàn toàn trái ngược với tư duy thông thường của giới thiên văn.
Phát hiện nghịch lý từ tính toán mới
Lý thuyết ban đầu dự đoán rằng một lực hút bổ sung sẽ khiến các hạt vật chất tối tập trung lại nhanh hơn, tạo nên các cấu trúc vũ trụ dày đặc và quy mô lớn hơn. Tuy nhiên, tính toán thực tế trong nghiên cứu này cho thấy điều ngược lại. Trong hầu hết các kịch bản được khảo sát, lực tương tác mới không hề làm tăng tốc quá trình hình thành cấu trúc; thậm chí, nó còn kìm hãm sự phát triển chung của các cấu trúc này. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng tác động tổng thể của lực ẩn là làm chậm sự tụ hợp của vật chất tối, dẫn đến một vũ trụ ít vón cục hơn so với dự đoán nếu chỉ xét riêng hấp dẫn.
Nguyên nhân: Khối lượng hiệu dụng suy giảm
Nguyên nhân của hiện tượng kỳ lạ này bắt nguồn từ sự thay đổi bản chất của các hạt vật chất tối. Cùng với sự giãn nở của vũ trụ, lực tương tác mới đồng thời khiến các hạt này bị suy giảm khối lượng hiệu dụng. Khối lượng nhẹ đi làm yếu đi đáng kể ảnh hưởng hấp dẫn tổng thể của chúng đối với môi trường xung quanh. Tác động giảm hấp dẫn này hóa ra lại lấn áp hoàn toàn hiệu ứng co cụm do lực hút bổ sung tạo ra. Như vậy, một lực hút mạnh hơn không nhất thiết làm vũ trụ trở nên vón cục hơn; thay vào đó, nó có thể gây ra hiệu ứng ngược lại thông qua cơ chế giảm khối lượng hiệu dụng.
Ý nghĩa đối với các lý thuyết vũ trụ hiện đại
Phát hiện mới này trực tiếp tạo ra rào cản cho nhiều lý thuyết mở rộng đang được nghiên cứu hiện nay, đặc biệt là các mô hình nhằm giải thích dữ liệu từ Thiết bị Quang phổ Năng lượng Tối (DESI). Các nhà khoa học hiện buộc phải tính đến cơ chế này khi xây dựng mô hình vũ trụ. Việc giả định rằng lực hút tăng thêm sẽ tự động tạo ra nhiều cấu trúc hơn không còn chính xác. Mọi giả thuyết về tương tác của vật chất tối bắt buộc phải cân bằng giữa hai hiệu ứng trái ngược: lực hút làm tăng tụ hợp và suy giảm khối lượng làm giảm hấp dẫn.
Các đợt khảo sát và quan sát thiên văn mới đang dần nâng cao độ chính xác của các phép đo, cho phép so sánh dữ liệu thực tế với các mô hình lý thuyết. Qua đó, các nhà khoa học hy vọng thu hẹp phạm vi các lực ẩn có thể tồn tại. Sự bất đồng nhỏ giữa các quan sát và mô hình chuẩn tiếp tục thúc đẩy giới khoa học tìm kiếm câu trả lời. Đúng như tác giả chính của nghiên cứu, Zachary Weiner, nhận định: “Vũ trụ luôn tinh vi hơn nhiều so với trí tưởng tượng của con người.”
