Một giả thuyết mới đang gây xôn xao giới thiên văn: vật thể siêu nặng ở trung tâm Ngân Hà – lâu nay được xem là hố đen siêu khối Sagittarius A* – có thể thực chất là một khối vật chất tối cực kỳ đậm đặc.
Theo nhóm nghiên cứu do Carlos Argüelles và Valentina Crespi (Viện Vật lý thiên văn La Plata) dẫn đầu, thay vì tồn tại một hố đen độc lập, trung tâm thiên hà và quầng vật chất tối bao quanh Ngân Hà có thể chỉ là hai biểu hiện của cùng một cấu trúc liên tục.
“Chúng tôi không đơn thuần thay thế hố đen bằng một vật thể tối. Chúng tôi đề xuất rằng vật thể trung tâm siêu khối và quầng vật chất tối của thiên hà là hai biểu hiện của cùng một chất liên tục,” Argüelles nhấn mạnh.
Thách thức mô hình chuẩn
Trong mô hình vũ trụ học tiêu chuẩn Lambda Cold Dark Matter (LCDM), vật chất tối là “lạnh”, tức các hạt của nó chuyển động chậm hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, mô hình này gặp khó khăn khi giải thích một số dữ liệu mới từ sứ mệnh Gaia của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA).
Dữ liệu Gaia công bố năm 2022 cho thấy tốc độ quay của các sao và khí ở vùng ngoài Ngân Hà có xu hướng giảm theo kiểu Kepler – tức giảm dần khi ra xa tâm. Một số nhà khoa học cho rằng hiện tượng này khó phù hợp hoàn toàn với quầng vật chất tối “lạnh” trải rộng như dự đoán trước đây.
Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng nếu vật chất tối được cấu tạo từ các hạt siêu nhẹ thuộc họ fermion, nó có thể tạo thành một cấu trúc gồm lõi siêu đậm đặc ở trung tâm – có khối lượng tương đương 4,6 triệu lần Mặt Trời – bao quanh bởi một quầng khuếch tán rộng lớn. Cấu trúc này vừa giải thích được chuyển động của các sao S – những ngôi sao lao quanh tâm thiên hà với tốc độ lên tới 30.000 km/giây – vừa phù hợp với quỹ đạo của các nguồn bụi gọi là G-sources.
Vậy còn hình ảnh hố đen nổi tiếng?
Năm 2022, Kính thiên văn Chân trời Sự kiện (EHT) đã công bố bức ảnh “vòng sáng màu cam” được cho là bóng của Sagittarius A*. Đây được xem là bằng chứng trực tiếp đầu tiên về hố đen trung tâm Ngân Hà.
Tuy nhiên, nhóm của Crespi cho rằng điều chúng ta thực sự nhìn thấy không phải hố đen, mà là bóng của một vùng có lực hấp dẫn cực mạnh. Họ lập luận rằng một lõi vật chất tối đậm đặc cũng có thể bẻ cong ánh sáng đủ mạnh để tạo ra hình ảnh tương tự.
“Mô hình của chúng tôi không chỉ giải thích quỹ đạo các sao và cấu trúc thiên hà, mà còn tương thích với hình ảnh ‘bóng hố đen’ nổi tiếng,” Crespi cho biết.
Điểm then chốt để phân biệt hai giả thuyết nằm ở các “vòng photon”. Nếu trung tâm thực sự là hố đen, sẽ tồn tại các vòng ánh sáng đặc trưng do photon bị giữ lại gần chân trời sự kiện. Nếu chỉ là khối vật chất tối đậm đặc, những vòng này có thể không xuất hiện. Các quan sát trong tương lai bằng Kính thiên văn Rất Lớn (VLT) có thể giúp kiểm chứng điều này.
Vẫn còn quá sớm để kết luận
Dù mô hình vật chất tối fermion có thể tái hiện nhiều đặc điểm quan sát được, giới nghiên cứu thừa nhận đây vẫn chỉ là bước khởi đầu. Hố đen Sagittarius A* chưa thể “thoái vị” chỉ sau một nghiên cứu.
Nếu giả thuyết này được xác nhận, nó sẽ làm thay đổi cách chúng ta hiểu về không chỉ trung tâm Ngân Hà, mà còn bản chất của vật chất tối – thành phần chiếm phần lớn khối lượng vũ trụ nhưng vẫn chưa được nhận diện trực tiếp.
Nghiên cứu đã được công bố ngày 5/2 trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Cuộc tranh luận về trung tâm Ngân Hà vì thế vẫn chưa ngã ngũ. Và có thể, chính câu hỏi về vật chất tối mới là chìa khóa mở ra bí mật lớn nhất của thiên hà chúng ta.