David Shiga
Có phải vật chất tối đang bị che giấu tại tâm của mặt trời rực cháy của chúng ta không? Vâng, hai nhóm nghiên cứu tin rằng vật chất hay lảng tránh ấy đang làm nguội nhân mặt trời của chúng ta đi.
Sự sáng suốt đó không ảnh hưởng gì đáng kể đến nhiệt độ chung của mặt trời. Thay vào đó, một cái lõi đang lạnh đi bởi vật chất tối sẽ giúp giải thích cách thức nhiệt phân bố và truyền đi bên trong mặt trời, một quá trình vẫn hiểu biết nghèo nàn.
Vật chất tối không tương tác với ánh sáng và vì thế là không nhìn thấy. Bằng chứng duy nhất cho sự tồn tại của nó là các hiệu ứng hấp dẫn của nó tác dụng lên các vật thể khác, bao gồm cả các thiên hà. Những hiệu ứng này cho thấy vật chất tối chiếm khoảng 80% tổng khối lượng của vũ trụ.
Ý tưởng cho rằng vật chất có thể bị che giấu tại tâm của mặt trời đã có từ thập niên 1980, khi các nhà thiên văn học nhận thấy số lượng neutrino ma quỷ hạ nguyên tử rời khỏi mặt trời chỉ vào khoảng một phần ba cái do các mô phỏng máy tính cho rằng phải như thế. Vật chất tối có thể giải thích sản lượng thấp đó vì nó sẽ hấp thụ năng lượng, làm giảm tốc độ của các phản ứng nhiệt hạch sản sinh ra neutrino.
Tuy nhiên, vấn đề đã được giải theo một cách khác khi người ta nhận ra rằng các neutrino dao động giữa ba loại, chỉ một trong số đó được phát hiện ra trên Trái đất. Hệ quả là ý tưởng vật chất tối mặt trời bị bỏ quên.
Giờ thì nó được khai quật lên trong ánh sáng của những tìm kiếm gần đây cho vật chất tối, cái đã đặt ra các giới hạn lên khối lượng của các hạt cấu thành nên nó và chứng tỏ rằng nó chỉ tương tác rất yếu với vật chất thông thường. Những kết quả này đưa Stephen West ở trường Đại học London, và các đồng nghiệp của ông đi đến khảo sát cái sẽ xảy ra nếu các hạt rơi vào trong những giới hạn này tồn tại trong mặt trời.
Các mô phỏng của họ cho thấy sự hấp dẫn sẽ hút các hạt tối như vậy xuống tâm của mặt trời, nơi đó chúng sẽ hấp thụ nhiệt. Một số trong những hạt vật chất tối này khi đó sẽ mang lượng nhiệt này từ lõi lên trên bề mặt, làm giảm nhiệt độ của lõi.
Bóng tối trong ánh sáng (Ảnh: KPA/Zuma/Rex Features)
Tương tự, công trình mới công bố trong tuần này bởi Mads Frandsen và Subir Sarkar ở trường Đại học Oxford cũng ủng hộ quan điểm rằng vật chất tối trong mặt trời làm nguội nhân mặt trời. Các tính toán của họ sử dụng một hạt vật chất tối với khối lượng 5 giga electronvolt – nhẹ hơn hạt sử dụng mô phỏng của West.
Frandsen trình bày rằng điều này sẽ khiến cho hạt vật chất tối nặng gấp chừng năm lần một hạt proton hoặc neutron – phù hợp với quan sát cho thấy dường như có nhiều vật chất tối gấp năm lần vật chất thông thường trong vũ trụ. “Đây là một ứng cử viên vật chất tối rất hấp dẫn vì nó mang lại cho chúng ta một phương pháp tìm hiểu tỉ số của vật chất với vật chất tối”, ông nói.
Sarkar và Frandsen cho biết hạt vật chất tối mặt trời của họ còn giải được một bài toán khác nữa. Năng lượng nhiệt truyền trong mặt trời bởi sự dẫn nhiệt và bức xạ xung quanh nhân, và bởi sự đối lưu ở gần bề mặt, nhưng vị trí của cái gọi là ranh giới đối lưu giữa hai vòng là cái gây bàn cãi.
Các mô phỏng dựa trên thành phần của mặt trời cho thấy ranh giới đó rộng hơn cái được nhận ra bởi các sóng âm phát hiện trên bề mặt của mặt trời, chúng bị ảnh hưởng bởi vị trí của ranh giới này. Sarkar và Frandsen cho biết việc đưa thêm vị trí vật chất tối đã đề xuất của họ vào trong các mô phỏng sẽ mang ranh giới này tiến vào trong, mang lại sự ăn khớp chặt chẽ hơn giữa các mô phỏng và quan sát.
Nhưng không phải ai cũng bị thuyết phục, Joyce Guzik, cộng sự của West tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos ở New Mexico, chỉ ra rằng trong khi có vướng mắc xảy ra với các mô hình hiện nay của mặt trời, nhưng khó khăn là ở chỗ những mô hình này mang lại nhiệt độ mặt trời thấp hơn cái người ta quan sát thấy. Việc bổ sung thêm một hiệu ứng làm lạnh tại lõi chỉ làm cho sự không nhất quán này thêm khó giải quyết mà thôi.
Chúng ta không phải chờ đợi lâu để tìm ra xem có vật chất tối trong mặt trời hay không. Cả hai nhóm nghiên cứu đều tán thành rằng nếu có sự làm nguội ở lõi, thì nó sẽ làm giả công suất phát của một số loại neutrino mặt trời đi khoảng 10%. Người ta có thể kiểm tra sự suy giảm này khi các máy dò neutrino ở Canada và Italy trở nên có thể thu thập nhiều dữ liệu nhạy hơn nữa.
Các ngôi sao tối cũng có thể tạo ra lỗ đen
Mặt trời không phải là ngôi sao duy nhất có khả năng có một trái tim tăm tối. Chúng ta có thể sớm tìm ra xem vật chất tối có giúp hình thành nên vô số ngôi sao biến đổi thành các lỗ đen siêu khối lượng tại tâm của đa số thiên hà hay không.
Nguồn gốc của những lỗ đen như vậy là một bí ẩn. Một lí thuyết phát biểu rằng chúng là tàn dư của những ngôi sao đầu tiên của vũ trụ, được cho là phải hình thành bên trong các đám mây vật chất to nặng. Những ngôi sao này có thể có nhân giàu các hạt vật chất tối thuộc một loại sẽ hủy lẫn nhau dưới dạng những đợt phát bức xạ. Công suất phát bổ sung này có thể cho phép những ngôi sao này phát triển lớn hơn các ngôi sao bình thường, mang lại sự hình thành những lỗ đen siêu khối lượng khi các ngôi sao đó qua đời. Nhưng không rõ là có hi vọng phát hiện ra ngôi sao tối nào hay không.
Hồi tháng 6, một nghiên cứu do Katherine Freese thuộc trường Đại học Michigan ở Ann Arbor đứng đầu đã ám chỉ rằng những ngôi sao tối có thể đạt tới 10 triệu lần khối lượng của mặt trời.
Trong một nghiên cứu sau đó, Erick Zackrisson thuộc trường Đại học Stockholm ở Thụy Điển và các đồng nghiệp đã tính được độ sáng biểu kiến của những ngôi sao như vậy. Họ kết luận rằng chúng phải nằm trong tầm ngắm của Kính thiên văn vũ trụ hồng ngoại James Webb của NASA, sắp phóng lên quỹ đạo vào năm 2013.
- Tiến Kha (theo New Scientist)
