Một nhóm nghiên cứu đã sử dụng thấu kính hấp dẫn của hệ MGJ0414+0534 do ALMA quan sát để lập bản đồ sự phân bố vật chất tối với độ chi tiết chưa từng có, xác nhận lý thuyết vật chất tối lạnh và mở đường cho việc khám phá thêm về thành phần chiếm ưu thế nhưng khó nắm bắt của vũ trụ.

Biến động vật chất tối trong hệ thấu kính MGJ0414+0534. Màu xanh lam và trắng tượng trưng cho hình ảnh thấu kính hấp dẫn được ALMA quan sát. Sự phân bố được tính toán của vật chất tối được thể hiện bằng màu cam; vùng sáng hơn biểu thị nồng độ vật chất tối cao hơn và vùng màu cam đậm hơn biểu thị nồng độ thấp hơn. Nguồn: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K.T.Inoueetal.

Nghiên cứu mới tiết lộ sự phân bố của vật chất tối ở mức độ chi tiết chưa từng có, ở quy mô tối thiểu là 30.000 năm ánh sáng. Những dao động phân bố quan sát được cung cấp những ràng buộc tốt hơn về các tính chất của vật chất tối.

Vật chất tối bí ẩn chiếm phần lớn vật chất trong vũ trụ. Vật chất tối là vô hình và sự tồn tại của nó chỉ được biết đến thông qua hiệu ứng hấp dẫn. Vật chất tối chưa bao giờ được phân lập trong phòng thí nghiệm nên các nhà nghiên cứu phải dựa vào “thí nghiệm tự nhiên” để nghiên cứu nó.

Thấu kính hấp dẫn là một loại thí nghiệm tự nhiên. Đôi khi, do tình cờ ngẫu nhiên, hai vật thể ở những khoảng cách khác nhau trong vũ trụ sẽ nằm trên cùng một đường ngắm khi nhìn từ Trái đất. Khi điều này xảy ra, độ cong của không gian gây ra bởi vật liệu xung quanh vật thể ở tiền cảnh hoạt động giống như một thấu kính, bẻ cong đường đi ánh sáng của vật thể ở hậu cảnh, tạo ra hình ảnh thấu kính. Tuy nhiên, rất khó đạt được độ phân giải cao trong các thí nghiệm tự nhiên để phát hiện các cụm vật chất tối có khối lượng nhỏ hơn các thiên hà nên bản chất chính xác của vật chất tối vẫn chưa được xác nhận rõ ràng.

Sơ đồ khái niệm của hệ thống thấu kính hấp dẫn MGJ0414+0534. Vật chất tối liên quan đến các thiên hà thấu kính xuất hiện với màu xanh nhạt và trắng. Vật chất tối trong không gian giữa các thiên hà được thể hiện bằng màu cam. Đường liền nét biểu thị đường đi thực tế của sóng vô tuyến bị uốn cong bởi trọng lực. Đường đứt nét biểu thị vị trí quan sát rõ ràng của hình ảnh thấu kính. Nguồn ảnh: NAOJ, K.T. Inoue

Một nhóm nghiên cứu Nhật Bản do Kaiki Taro Inoue, giáo sư tại Đại học Keiyo ở Nhật Bản dẫn đầu, đã sử dụng ALMA (Mảng milimet/dưới milimet lớn Atacama) để nghiên cứu một hệ thống thấu kính hấp dẫn có tên MGJ0414+0534 hướng về phía Kim Ngưu. Trong hệ thống này, do tác dụng hấp dẫn của thiên hà khổng lồ lên ánh sáng, vật thể ở tiền cảnh không chỉ tạo thành một mà là bốn vật thể ở hậu cảnh. Sử dụng hiệu ứng uốn cong và phương pháp phân tích dữ liệu mới, nhóm nghiên cứu có thể phát hiện những biến động trong sự phân bố của vật chất tối dọc theo đường ngắm với độ phân giải cao chưa từng có, ở quy mô tối thiểu 30.000 năm ánh sáng.

Các ràng buộc mới do sự phân bố vật chất tối quan sát được mang lại phù hợp với mô hình các hạt vật chất tối chuyển động chậm hoặc "lạnh". Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch hạn chế hơn nữa các đặc tính của vật chất tối thông qua nhiều quan sát hơn.