Đo nhiệt độ hành tinh: phương pháp mới tìm ra các vật chất tối

Các nhà nghiên cứu đề xuất phương pháp tìm hiểu thêm về vật chất tối bằng cách tìm kiếm các tác động của nó bên trong các hành tinh ngoài hệ mặt trời.

Để giải thích cho tốc độ giãn nỡ không ngừng tăng lên của Vũ Trụ, các nhà khoa học đưa ra khái niệm “năng lượng tối”. Bên cạnh đó, dựa trên hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn, các nhà khoa học đưa ra khái niệm “vật chất tối”.

Mặc dù chưa đo được, cũng như chưa phân tích được thành phần của năng lượng tối và vật chất tối, ngày nay các nhà khoa cho rằng Vũ Trụ bao gồm 68,3% năng lượng tối, 26,8% vật chất tối và chỉ 4,9% vật chất bình thường cấu tạo nên các sự vật mà con người hiện nay quan quan sát được.

Nhiều lý thuyết và thí nghiệm đã được thực hiện nhằm quan sát sự tồn tại của vật chất tối, nhưng hầu hết chúng đều không có kết quả. Gần đây các nhà khoa học tại Hoa Kỳ đã đưa ra phương pháp mới nhằm quan sát sự tồn tại của loại vật chất bí ẩn này.

Các hành tinh khí lớn có thể chứa đầy vật chất tối tự hủy. Và bây giờ, một nhóm các nhà nghiên cứu đã đề xuất sử dụng Kính viễn vọng Không gian James Webb sắp ra mắt để quét những hành tinh khổng lồ ở xa trong thiên hà để tìm hiệu ứng nhiệt tiềm năng có thể phát sinh từ vật chất bí ẩn, nặng hơn vật chất thông thường gần 6 lần trong vũ trụ.

Cùng với đồng nghiệp Rebecca Leane, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC ở Menlo Park, California, Smirnov đã đề xuất sử dụng kính viễn vọng Webb đặt trên không gian, kính sẽ quét bầu trời trong dải hồng ngoại của phổ điện từ, để tìm kiếm dấu hiệu nhiệt đặc trưng.

Các hành tinh ngoài hệ mặt trời lớn hơn sẽ tích tụ nhiều vật chất tối hơn, vì vậy ứng cử viên tốt nhất cho những cuộc tìm kiếm như vậy sẽ là những hành tinh khí khổng lồ lớn hơn sao Mộc, hoặc sao lùn nâu – những thiên thể khổng lồ đã gần như trở thành những ngôi sao nhưng không thu thập đủ khí để đốt cháy phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của chúng, các nhà nghiên cứu viết trong một bài báo được xuất bản ngày 22/4/2021 trên tạp chí Physical Review Letters.

Xác định rằng nhiệt đến từ sự tiêu hủy vật chất tối chứ không phải một số quá trình phức tạp khác, vì vậy Smirnov và Leane đề xuất tìm kiếm những hành tinh ngoài hệ mặt trời đã bị văng ra khỏi ngôi sao mẹ và khá già, có nghĩa là chúng sẽ nguội xuống nhiệt độ rất thấp. Nếu một vật thể như vậy phát sáng bất thường trong dải hồng ngoại, nó có thể cho thấy sự hiện diện của vật chất tối.

Nhưng một phương pháp đáng tin cậy hơn sẽ là tìm kiếm số lượng lớn các hành tinh ngoài dải Ngân hà và lập bản đồ nhiệt độ của chúng, Smirnov nói. Vật chất tối được cho là sẽ tích tụ trong trung tâm thiên hà, vì vậy bản đồ này sẽ hiển thị nhiệt độ các hành tinh ngoài hệ mặt trời tăng nhẹ khi bạn nhìn gần hơn vào lõi của Dải Ngân hà.

Không có hoạt động vật lý thiên văn nào được biết đến có thể giải thích cho một dấu hiệu như vậy. “Nếu chúng ta nhìn thấy điều đó, thì đó phải là vật chất tối,” Smirnov nói.

Việc nắm bắt một tín hiệu như vậy có thể giúp các nhà vật lý xác định khối lượng của các hạt vật chất tối và tốc độ chúng tương tác với vật chất thông thường. Vì Webb, dự kiến ​​sẽ được phóng vào tháng 10/2021, sẽ sẵn sàng cho việc nghiên cứu các hành tinh ngoài hệ mặt trời trong khắp thiên hà, Smirnov cho rằng bản đồ về dấu hiệu nhiệt tiềm năng của vật chất tối có thể được lập trong vòng 4-5 năm tới.

“Đó là một ý tưởng tuyệt vời”, Bruce Macintosh, một nhà thiên văn học nghiên cứu các hành tinh ngoài hệ mặt trời tại Đại học Stanford ở California và không tham gia vào công việc này, nói với Live Science. Các nhà nghiên cứu đã chế tạo những máy dò khổng lồ dưới lòng Trái đất để thử bắt các hạt vật chất tối, nhưng “loài người bị giới hạn trong việc có thể chế tạo một máy dò lớn ở một mức nào đó”, ông nói thêm.

Macintosh nói: “Chúng ta nên tận dụng những thứ lớn lao mà thiên nhiên cung cấp.”

Một điều khó hiểu của ông đối với nghiên cứu là Webb – sẽ thực hiện các nghiên cứu chuyên sâu, có mục tiêu về tương đối ít vật thể – có thể không phải là kính thiên văn tốt nhất cho công việc này. Kính viễn vọng không gian La Mã Nancy Grace, sẽ ra mắt vào giữa những năm 2020, sẽ lập bản đồ toàn bộ bầu trời với chi tiết tinh tế và có thể phù hợp hơn cho nhiệm vụ này, ông cho biết thêm.

Theo Live Science, Thiện Tâm biên dịch

Xem thêm: