Các nhà vật lý thiên văn Ý đã làm sáng tỏ thêm bản chất của vật chất trong vũ trụ nhờ kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) phát hiện ra các thiên hà từ 13 tỷ năm trước, và từ các mô phỏng tiên tiến nhất về những dải ngân hà đầu tiên.
Đây là nghiên cứu hợp tác giữa Đài quan sát thiên văn Trieste thuộc Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia Ý INAF và Trường Nghiên cứu tiên tiến Quốc tế, cũng ở Trieste.
Mô hình thông dụng về sự hình thành vũ trụ được xây dựng dựa trên vật chất tối “lạnh”, tức là vật chất có vận tốc nhiệt không đáng kể nên chỉ tương tác chủ yếu bằng lực hấp dẫn.
Tuy nhiên lại có những lời giải thích khác, dựa vào giả thuyết về vật chất được hình thành từ các hạt ấm, tức là mô hình vật chất tối “ấm”. Đây là các hạt có vận tốc nhiệt nhỏ nhưng đáng kể, và do đó phải tính đến ảnh hưởng của định luật tương đối.
Những giả định về vật chất tối “ấm” này là cần thiết để giải các bài toán chi tiết trong mô hình kịch bản chuẩn. Nhưng nghiên cứu trước đây cho thấy ta không thể phân biệt được bản chất của vật chất giữa các mô hình này nếu sử dụng số liệu vũ trụ trong các kỷ nguyên gần đây.
Nghiên cứu mới đã tận dụng các phát hiện của kính viễn vọng JWST được công bố cuối năm 2022 về các thiên hà hình thành từ quãng thời gian trước đây rất lâu khi vũ trụ mới hình thành, khoảng nửa tỷ năm đầu ngay sau vụ nổ Big Bang.
Bằng cách so sánh số liệu thực tế này về vũ trụ “cổ đại”
hình thành từ 13 tỷ năm trước với kết quả các mô phỏng số đặc biệt, các nhà khoa học đã có cơ sở để phân biệt mô hình nào sát với thực tế nhất.
Kết quả so sánh chỉ ra rằng vật chất tối, thành phần chính làm nên vật chất trong vũ trụ, được tạo thành từ các hạt “lạnh” hoặc những hạt hơi “ấm” với khối lượng lớn hơn 2 keV (1 keV tương đương với trọng lượng 1,8x10-33 kg). Nghiên cứu đã loại bỏ được mô hình vật chất tối dựa trên các hạt có khối lượng bằng hoặc thấp hơn giới hạn trên.
Đào Liên