Trong không gian bao la của vũ trụ, vật chất thông thường - thứ tạo nên các ngôi sao, hành tinh và chính chúng ta - từ lâu đã khiến các nhà thiên văn học bối rối. Các tính toán lý thuyết dựa trên Vụ Nổ Lớn dự đoán một lượng baryon (proton và neutron) nhất định. Tuy nhiên, khi quan sát bằng kính thiên văn, một phần đáng kể của vật chất này dường như đã biến mất. Nó ẩn náu ở đâu? Câu trả lời đến từ các vụ bùng phát vô tuyến bí ẩn và mạnh mẽ - fast radio bursts, hay FRB.
Researchers used nearly 3,000 radio bursts to trace invisible plasma around galaxies and found that gas extended much farther than expected — reshaping our picture of how the universe’s “missing” matter is dispersed. Read the paper in @physrevlett: go.aps.org/4fvrutf
Những xung bức xạ vô tuyến ngắn, sáng này, chỉ kéo dài vài mili giây, phát sinh từ các thiên hà xa xôi. Chúng vượt qua hàng tỷ năm ánh sáng, đi xuyên qua plasma loãng - khí ion hóa. Trên đường đi, tín hiệu bị phân tán: tần số thấp hơn bị chậm lại nhiều hơn tần số cao. Càng có nhiều electron tự do trên đường đi, sự "lan tỏa" càng mạnh. Hiệu ứng này đã trở thành một công cụ lý tưởng để "cân" vật chất vô hình.
Sự hợp tác quốc tế CHIME/FRB, bao gồm các nhà khoa học từ MIT, McGill và các viện nghiên cứu khác, đã phân tích gần 3000 vụ bùng phát như vậy từ danh mục thứ hai của kính thiên văn CHIME. Họ đã đối chiếu dữ liệu phân tán với vị trí của hàng triệu thiên hà từ khảo sát DESI Legacy Imaging Survey. Kết quả, được công bố trên Physical Review Letters, thật ấn tượng.
Hóa ra, các baryon "thiếu hụt" không chỉ tập trung trong môi trường giữa các thiên hà (IGM) mà còn trong các đám mây lớn, loãng bao quanh chính các thiên hà - cái gọi là môi trường quanh thiên hà (CGM). Khí trải dài xa hơn nhiều so với dự kiến: lên tới khoảng 4 triệu năm ánh sáng từ các thiên hà, gấp hàng chục lần kích thước của một thiên hà điển hình. Nơi nào có nhiều thiên hà, vật chất xung quanh chúng cũng nhiều hơn. Điều này cho thấy các thiên hà tích cực "phóng" khí ra ngoài thông qua các quá trình như tia vật chất từ lỗ đen siêu khối lượng và vụ nổ siêu tân tinh.
Hãy tưởng tượng: một thiên hà không phải là một hệ thống khép kín, mà là một đài phun nước, phun vật chất ra không gian xung quanh. Trước đây, các mô phỏng dự đoán sự phân bố gọn gàng hơn, nhưng thực tế lại khác - khí tạo thành những đám mây "bông" khổng lồ. Điều này làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của các thiên hà và mạng lưới vũ trụ nói chung.
Công trình này không chỉ giải quyết bí ẩn về các baryon còn thiếu (missing baryons) mà còn thể hiện sức mạnh của một phương pháp mới. FRB đóng vai trò như những tàu thăm dò vũ trụ, soi sáng những khu vực vô hình của vũ trụ. Với số lượng vụ bùng phát được phát hiện ngày càng tăng (hàng nghìn vụ mỗi ngày), các nhà thiên văn học sẽ có thể lập bản đồ phân bố vật chất chính xác hơn và kiểm tra các mô hình hình thành cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ.
Nghiên cứu này là một ví dụ điển hình về cách các hiện tượng bất ngờ như FRB biến từ một bí ẩn thành một công cụ mạnh mẽ. Điều gì còn ẩn giấu trong những vụ bùng phát mili giây này sẽ được hé lộ qua các quan sát trong tương lai. Vũ trụ dần dần tiết lộ những bí mật của nó, từng vụ bùng phát vô tuyến một.
