Nghiên cứu mang tính đột phá này được thực hiện bởi một nhóm khoa học quốc tế do Đại học Durham (Vương quốc Anh), Phòng Thí nghiệm Động cơ Phản lực của NASA (JPL) và Trường Bách khoa Liên bang Lausanne (EPFL, Thụy Sĩ) đồng dẫn dắt. Công trình dựa trên các quan sát có độ phân giải chưa từng có từ Kính thiên văn Không gian James Webb của NASA và đã được công bố trên tạp chí Nature Astronomy vào ngày 26 tháng 1.

Vật chất tối – kiến trúc sư thầm lặng của vũ trụ

Vật chất tối là thành phần chiếm phần lớn khối lượng của vũ trụ nhưng không thể quan sát trực tiếp, do nó không phát ra, phản xạ hay hấp thụ ánh sáng. Dù vậy, ảnh hưởng hấp dẫn của vật chất tối lại vô cùng mạnh mẽ và có vai trò then chốt trong việc tổ chức vật chất thông thường – thứ tạo nên các ngôi sao, hành tinh và con người.

Theo các nhà khoa học, trong vũ trụ sơ khai, cả vật chất tối và vật chất thông thường đều phân bố thưa thớt. Tuy nhiên, vật chất tối đã bắt đầu kết tụ sớm hơn, hình thành nên những “giếng hấp dẫn” vô hình kéo vật chất thông thường về phía mình. Chính quá trình này đã tạo ra những vùng đậm đặc – nơi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên ra đời.

Bằng cách thúc đẩy sự hình thành thiên hà và sao sớm hơn so với kịch bản không có vật chất tối, thành phần bí ẩn này đã gián tiếp tạo ra các điều kiện cần thiết để hình thành các hành tinh và các nguyên tố hóa học thiết yếu cho sự sống. Nếu thiếu vai trò nền tảng đó, Dải Ngân Hà – và cả Trái Đất – có thể đã không tồn tại.

Nhìn thấy cái vô hình qua lực hấp dẫn

Do không thể “nhìn” trực tiếp vật chất tối, nhóm nghiên cứu đã sử dụng hiện tượng thấu kính hấp dẫn – khi khối lượng lớn làm cong không-thời gian, khiến ánh sáng từ các thiên hà xa bị bẻ cong trên đường truyền về Trái Đất. Bằng cách phân tích mức độ biến dạng của ánh sáng này, các nhà khoa học có thể suy ra vị trí và mật độ của vật chất tối.

Kính thiên văn James Webb đã quan sát một vùng bầu trời rộng gấp khoảng 2,5 lần Mặt Trăng tròn trong chòm sao Sextans, với tổng thời gian lên tới 255 giờ. Từ đó, nhóm nghiên cứu xác định được gần 800.000 thiên hà, bao gồm nhiều thiên hà chưa từng được phát hiện trước đây.

So với các khảo sát trước, bản đồ mới chứa số lượng thiên hà gấp khoảng 10 lần so với các nghiên cứu mặt đất và gấp đôi so với dữ liệu từ kính Hubble trong cùng khu vực. Điều này cho phép các nhà khoa học phát hiện những vùng tập trung vật chất tối hoàn toàn mới, đồng thời quan sát các khu vực đã biết với độ chi tiết vượt trội.

Kết quả cho thấy sự trùng khớp rõ rệt giữa nơi tập trung vật chất tối và vị trí của vật chất thông thường – một mô hình không thể giải thích bằng ngẫu nhiên. Các quan sát này xác nhận rằng lực hấp dẫn của vật chất tối đã liên tục chi phối sự tiến hóa của vũ trụ trong suốt hàng tỷ năm.

Công nghệ quan sát và hướng nghiên cứu tương lai

Một yếu tố quan trọng góp phần tạo nên thành công của nghiên cứu là Thiết bị Hồng ngoại Trung (MIRI) trên kính James Webb, được phát triển với sự đóng góp của Trung tâm Thiên văn Ngoài Ngân Hà thuộc Đại học Durham. MIRI cho phép quan sát các thiên hà bị che khuất bởi bụi vũ trụ dày đặc, từ đó cải thiện đáng kể độ chính xác của các phép đo khoảng cách.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng bản đồ vật chất tối trên quy mô toàn vũ trụ bằng cách kết hợp dữ liệu từ kính thiên văn Euclid của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và Kính thiên văn Không gian Nancy Grace Roman sắp được NASA phóng. Những sứ mệnh này được kỳ vọng sẽ giúp làm sáng tỏ các đặc tính cơ bản của vật chất tối, cũng như cách nó tiến hóa theo thời gian.

Khu vực được nghiên cứu trong công trình lần này sẽ đóng vai trò như một chuẩn tham chiếu quan trọng, tạo nền tảng cho mọi bản đồ vật chất tối và các phép so sánh trong tương lai. Qua đó, nhân loại tiến thêm một bước dài trong hành trình giải mã thành phần bí ẩn nhất của vũ trụ – thứ âm thầm định hình tất cả những gì chúng ta quan sát được ngày nay.