Bằng chứng đầu tiên về vật chất tối là các thiên hà hoạt động như thể chúng chứa nhiều vật chất hơn nhiều so với khối lượng các ngôi sao của chúng có thể giải thích được. Kể từ đó, chúng tôi đã tìm thấy nhiều dấu hiệu khác cho thấy vũ trụ đang bơi cùng vật chất mà chúng ta chỉ có thể suy ra từ tác dụng của lực hấp dẫn. Bằng chứng ban đầu cho thấy các thiên hà có cấu trúc vật chất tối vẫn tồn tại.

Cho đến thời điểm khó xử vào năm 2018 khi chúng tôi dường như phát hiện ra sự tồn tại của Hầu như một thiên hà không có vật chất tối. Trong khi còn nghi ngờ về khám phá ban đầu này, các nhà nghiên cứu cuối cùng đã phát hiện ra một thiên hà thứ hai rất giống. Đây là một vấn đề, vì chúng tôi không biết làm thế nào mà những thiên hà như thế này hình thành.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã công bố rằng trong khi chạy mô hình hình thành thiên hà, một số thiên hà nghèo vật chất tối đã xuất hiện một cách tự nhiên. Và bằng cách truy tìm lại mô hình để xem các thiên hà đó hình thành như thế nào, các nhà nghiên cứu có thể đưa ra lời giải thích cho những bí ẩn này.

Tham gia những mặt tối

Thiên hà và vật chất tối rất khó tách rời. Các mô hình của vũ trụ sơ khai cho rằng vật chất tối hợp nhất thành các sợi (mà… chúng tôi đã phát hiện ra) gặp nhau ở các nút có mật độ vật chất cao hơn. Đến lượt mình, các nút này lại thu hút vật chất nhìn thấy được, khiến các cụm thiên hà hình thành xung quanh chúng. Các thiên hà này sau đó sẽ hợp nhất rất nhiều vật chất tối, thứ đã định hình sự phát triển của chúng thông qua các quá trình hợp nhất và cấu trúc cho đến ngày nay. Do đó, thật khó hiểu làm thế nào mà một thiên hà lại có thể có ít vật chất tối đến vậy.

Kết quả là, khi phát hiện ra một thiên hà dường như nghèo vật chất tối lần đầu tiên được công bố, người ta đã nghi ngờ rất nhiều. Phần lớn sự không chắc chắn này tập trung vào khoảng cách từ thiên hà đến chúng ta, điều này rất quan trọng để ước tính khối lượng và do đó là hàm lượng vật chất tối của nó. Nhưng cùng một nhóm nghiên cứu đã xác định một thiên hà thứ hai dường như có nhiều đặc điểm giống với thiên hà đầu tiên có vấn đề.

Một lý do khác để nghi ngờ là chúng ta không biết loại thiên hà này hình thành như thế nào. Chúng tôi đã thực hiện rất nhiều mô hình về sự hình thành các thiên hà, bao gồm cả các mô hình bắt đầu trước khi hình thành các sợi vật chất tối. Nếu các thiên hà nghèo vật chất tối là một phần tự nhiên của quá trình tiến hóa của vũ trụ, chúng ta có thể sẽ thấy các mô hình tạo ra một thiên hà. Nhưng không có tin tức của bất cứ ai tham dự.

Vì vậy, chúng ta chỉ còn lại hai thiên hà biểu kiến ​​lập dị. Chúng tôi có câu hỏi về đặc điểm thực tế của chúng và không có gợi ý nào về việc chúng có thể trông như thế nào. Đây không phải là một tình trạng bệnh lý.

mô hình cập nhật

Nhưng giải pháp có thể đến từ các nhà nghiên cứu khác nhau đang cố gắng làm một điều gì đó hoàn toàn khác. Những gì họ đang làm là mô hình hóa sự tiến hóa của các thiên hà bằng cách sử dụng gói phần mềm hiện đại có tên là FIRE-2 (dành cho “Phản ứng trong môi trường thực tế”). Mặc dù họ không nói những gì họ đang cố gắng xem xét, họ nói rằng chúng không phải là những thiên hà nghèo vật chất tối: “Chúng tôi lưu ý rằng chúng tôi không mong đợi điều này xảy ra trước đó (nghĩa là, các mô phỏng của chúng tôi không được thiết kế ban đầu vì mục đích này).”

Bất kể mục đích là gì, việc chạy mô hình đã tạo ra bảy thiên hà gần như không có vật chất tối. Các nhà nghiên cứu đặt tên cho những cái tên này theo tên của bảy gia tộc Cherokee, có nghĩa là những thứ như Blue, Deer và Wolf nhưng cũng có thể là những thứ như Long Hair và Wild Potato. Hai câu cuối được thiết lập cho một số câu bất ngờ trong bài báo về thiên văn học, chẳng hạn như “Ví dụ, con chim hiển thị đuôi hình chữ S ở độ sáng thấp, trong khi Tóc dài dường như không làm phiền chúng.”

Dù sao, điều hữu ích ở đây là mô hình đã lưu thông tin về các trạng thái trung gian, có nghĩa là chúng ta có thể chạy mô phỏng kịp thời và xem những thiên hà tưởng tượng này kết thúc như thế nào mà không có vật chất tối. Nhưng điều đang trở nên rõ ràng là những thiên hà đó không bắt đầu theo cách đó. Tất cả bảy, tại một thời điểm nào đó trong mô phỏng, giống như những thiên hà nhỏ điển hình với các chất bổ sung tự nhiên của vật chất tối.

Thay vào đó, mỗi thiên hà nhỏ bị mất vật chất tối thông qua những gì bạn có thể coi là sự hợp nhất thất bại với một thiên hà lớn hơn nhiều. Từ quan điểm mô phỏng, dựa trên các số liệu như sự phân bố khối lượng trong một thiên hà, các nhà nghiên cứu định nghĩa đây là “những cuộc gặp gỡ gần gũi”. Nhưng từ góc độ của một sự hợp nhất thất bại sẽ trông như thế nào nếu chúng ta chụp ảnh nó trong khi nó đang diễn ra, hầu hết các ngôi sao của thiên hà nhỏ sẽ nằm trong khu vực bị chiếm giữ bởi các ngôi sao lớn hơn của thiên hà. Nói tóm lại, thiên hà nhỏ trông giống như nó đang bị nuốt chửng trước khi bằng cách nào đó nó xuất hiện ở phía bên kia.

Nhưng thiên hà nhỏ đã không xuất hiện như nó vốn có. Trong khi có tới một nửa số ngôi sao của nó xuất hiện, thì gần như tất cả khí và vật chất tối đều nằm trong thiên hà lớn hơn.

Nếu các số liệu thống kê được hiển thị trong mô hình này có thể áp dụng được, thì có thể có thêm nhiều thiên hà thiếu vật chất tối như vậy bên ngoài hai thiên hà mà chúng ta đã tìm thấy cho đến nay. Nhóm nghiên cứu ước tính có tới 30% thiên hà lớn trong vũ trụ phải quay quanh quỹ đạo gần đó. Điều này nghe có vẻ như một lời mời gọi các nhà thiên văn quan sát để trở nên bận rộn và tìm kiếm thêm.

Thiên văn học Tự nhiên, 2019. DOI: 10.1038 / s41550-021-01598-4 (Về DOIs).