Có rất nhiều kịch bản trái ngược nhau về sự hình thành vũ trụ. Phần lớn, các nhà vũ trụ học hướng đến mô hình Lambda - CDM (Lambda cold dark matter - mô hình vật chất tối lạnh Lambda) được coi là mô hình vũ trụ chuẩn.
Mô hình này liên kết quan điểm cổ điển về Vụ nổ lớn, lạm phát không gian, sự tồn tại vật chất tối và năng lượng tối. Cho đến nay, mô hình chuẩn vũ trụ học phù hợp với mọi quan sát.
Tuy nhiên, có lĩnh vực quan sát khiến cho các nhà khoa học gặp câu hỏi cần giải thích, đó là bằng cách nào các thiên hà duy trì được cấu trúc hình đĩa. Chỉ đến khi sử dụng thêm thuyết vật chất tối, các nhà khoa học mới giải quyết được vấn đề này.
Vũ trụ già đến mức nào?
Các mô phỏng về sự tập trung vật chất dưới ảnh hưởng của trọng trường cho thấy trong vũ trụ có rất nhiều quần tụ vật chất, cách ly với nhau bởi không gian trống rỗng. Tuy nhiên, sự phân bổ vật chất như vậy không phù hợp với tuổi của vũ trụ là 13,8 tỷ năm.
Vậy vũ trụ già hơn so với giả định, hay chúng ta đang sử dụng mô hình vũ trụ không thích hợp? Để loại bỏ sự không chính xác này, các nhà khoa học nghĩ đến sự tồn tại của các loại hạt khác, vô hình, không tương tác với bất kỳ thứ gì và đóng vai trò như chất gắn kết các thiên hà và các cụm thiên hà.
GS James Peebles, người được giải Nobel Vật lý năm 2019, chỉ ra rằng vật chất tối có vai trò như tác nhân cần thiết để hình thành nên vũ trụ mà chúng ta đã biết. Không có vật chất tối, mô hình chuẩn có thể tan rã.
Vào năm 1937, nhà thiên văn học Thụy Sĩ Fritz Zwicky phát hiện ra rằng, trong chòm sao Hậu Phát (Coma Berenices) không có đủ vật chất để có thể tập trung thành cấu trúc lớn như vậy. Nghĩa là thiếu một thứ gì đó.
Vào năm 1976, nhà Vật lý thiên văn nữ Vera Rubin (Viện Nghiên cứu Carnegie, Mỹ) đã khẳng định những quan sát của Zwicky. Bà Rubin chỉ ra rằng, các ngôi sao tập trung ở gần trung tâm thiên hà hoàn toàn không di chuyển (đối với trung tâm) nhanh hơn so với các ngôi sao ở rìa thiên hà.
Trái lại, các ngôi sao ở bên ngoài lại di chuyển (đối với trung tâm thiên hà) nhanh hơn so với các ngôi sao ở bên trong. Mặc dù vậy, chúng không bị bắn ra không gian. Tại các khu vực rìa thiên hà, trường hấp dẫn phải yếu hơn, còn vận tốc biên của các ngôi sao phải giảm đi.
Các nghiên cứu của Fritz Zwicky và Vera Rubin tạo ra nền tảng mô hình Lambda-CDM, thuyết phổ biến nhất của vật lý thiên văn hiện đại. Mặc dù chúng ta vẫn tiếp tục không biết gì về vật chất tối (ngoài việc nó giữ vũ trụ trong quá trình vận hành), nhưng sự tồn tại của vật chất tối giải quyết nhiều vấn đề.
 |
| Mô hình vũ trụ chuẩn liên kết quan điểm cổ điển về Vụ nổ lớn |
Lộn xộn trong khoa học
Tuy nhiên, việc phát hiện 19 thiên hà lùn không chứa vật chất tối mới đây lại gây ra rối loạn trong vũ trụ học. Các nhà khoa học không biết chắc chắn tại sao những thiên hà lùn này hình thành và hình thành như thế nào. Hơn nữa, các thiên hà lùn đặc trưng phải tập trung nhiều vật chất tối hơn các thiên hà bình thường.
“Việc phát hiện những thiên hà lùn này lại gây rối loạn trong mô hình khoa học của chúng ta” - nhà Vật lý thiên văn Kyle Oman ở ĐH Durham (Anh) khẳng định như vậy.
Quan điểm về tiến hóa vũ trụ do các nhà khoa học, như James Peebles đề xuất, lại đứng trước dấu hỏi nghi vấn. Quan điểm này nói rằng, thiên hà không thể hình thành nếu không có vật chất tối. Vậy mà những thiên hà không chứa vật chất tối vẫn hình thành.
Điều đó chứng tỏ, vũ trụ vẫn còn che giấu rất nhiều bí mật.
