Vật chất tối ‘còn thiếu’ đang nằm trong các lỗ đen?

Một nghiên cứu mới đề xuất rằng chất liệu bí ẩn gọi là vật chất tối có thể cấu thành nên các lỗ đen.

Vật chất tối là một chất liệu lí thuyết chiếm 25% tổng khối lượng của vũ trụ, ngăn không có các thiên hà bay ra xa nhau khi chúng quay tròn.

Nhưng bất chấp hàng thập kỉ nghiên cứu, các nhà khoa học vẫn không biết chính xác nó là cái gì.

Viết trên website bản thảo arXiv.org, giáo sư Paul Frampton ở trường đại học Bắc Carolina khẳng định khối lượng còn thiếu có thể là những lỗ đen nguyên thủy kích cỡ trung bình – quá nhỏ để nhìn thấy, nhưng quá lớn để bốc hơi do sự bức xạ Hawking.

Frampton cho biết không có hạt nào trong mô hình chuẩn của ngành vật lí hạt có những tính chất cần thiết để là vật chất tối, tức là trung hòa điện, thời gian sống lâu và chuyển động chậm.

“Bất chấp một thập kỉ tìm kiếm, không ai mang lại được một mẫu vật chất tối nào”, ông viết.

Cho nên, Frampton đã chọn một cách tiếp cận khác.

Các lỗ đen có thể chứa những bí ẩn của vật chất tối? (Ảnh: NASA)

Ước tính sự mất trật tự

Trước tiên, ông xác định xem entropy, số đo của sự mất trật tự, của vũ trụ sẽ là bao nhiêu.

Sử dụng kết quả đó làm một giới hạn trên, sau đó ông đã ước tính giới hạn dưới bằng cách cộng gộp entropy trong tất cả những lỗ đen đã biết trong vũ trụ.

Ông giả thuyết rằng có một lỗ đen siêu trọng nằm tại tâm của mỗi thiên hà.

“Sự chênh lệch phải do một nguyên nhân gì đó khác”, Frampton nói. “Không có đủ vật chất khả kiến để giải thích cho entropy còn thiếu nên cái để lại phải là entropy của vật chất tối còn đang thiếu. Những lỗ đen nguyên thủy kích cỡ trung bình có thể giải thích cho điều này”.

Nhưng làm thế nào nhiều lỗ đen như thế có thể ra đời khá sớm trong lịch sử của vũ trụ?

Hai thời kì lạm phát

Frampton cho rằng, cái gì đó không được tính đến trong lí thuyết lạm phát hiện nay, lí thuyết mô tả vũ trụ sơ khai lớn mạnh như thế nào, phải làm cho vật chất co cụm lại với nhau ở cấp độ này để hình thành thêm những lỗ đen bổ sung.

Ông nói phải có hai thời kì lạm phát.

“Thời kì thứ nhất dẫn tới cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ mà chúng ta thấy, và thời kì thứ hai là sự co cụm đã tạo ra số lượng lớn những lỗ đen kích cỡ trung bình”.

Nhưng giáo Warwick Couch ở trường đại học Swinburne ở Melbouyrne, Australia, cho biết đa số các nhà vũ trụ tin rằng chỉ có một thời kì lạm phát thôi.

Couch cũng nghi ngờ khẳng định của Frampton rằng không có hạt nào trong mô hình chuẩn có những tính chất cần thiết để là vật chất tối.

“Khẳng định đó gây tranh cãi và thật ra thì hàng triệu người đang theo dõi những thí nghiệm vật chất tối tìm kiếm WMIP (Hạt nặng tương tác yếu) cho thấy có thể có những hạt tối mà chúng ta không biết”, ông nói.

Tuy nhiên, Couch nói các lỗ đen đúng là đưa thêm sự mất trật tự vào vũ trụ, và entropy là một số đo của sự mất trật tự trong các hệ.

“Nó cũng buộc chúng ta phải hỏi xem vật chất tối có thể là cái gì. Chúng ta nghĩ nó là một hạt không nhìn thấy, nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu những hạt đó đúng là những lỗ đen? Và nếu như những con số của Frampton là chính xác, thì chúng thật sự thể hiện sự không thống nhất giữa con số lỗ đen mà chúng ta biết, và con số có thể có dựa trên entropy”.

Couch nói các nhà vũ trụ học thường không hay nghĩ tới vũ trụ theo entropy, nhưng nó là một phương thức tốt để xử lí với những con số lớn trên quy mô vũ trụ.

Theo abc.net.au