Vì sao phát hiện ra vật chất tối lại có tên trong 100 khám phá vĩ đại nhất?


Quá trình hoạt động mở rộng vũ trụ không bao giờ có thể tính toán được; những kết quả tính toán về tốc độ di chuyển của các ngôi sao trong dải ngân hà không bao giờ giống với những quan sát đo lường của các nhà thiên văn học. Căn cứ vào tốc độ mở rộng của vũ trụ, thì những tính toán đưa ra tuổi thọ của vũ trụ không bao giờ hợp lý. Điều này khẳng định các phương pháp tính toán có vấn đề. Vì tồn tại quá nhiều nghi ngờ trong việc tính toán nên không ai có thể dùng phương pháp này để đưa ra những nhận định về quá khứ, hiện tại hay tương lai của vũ trụ. Rất nhiều nhà nghiên cứu vật lý đã phải bỏ cuộc.


Vera Rubin chỉ tiến hành tính toán khi bà sử dụng một loại máy đo lường mới, nhưng bà đã khám phá ra rằng, trên thực tế sự di chuyển của các ngôi sao và dải ngân hà đã chứng minh cho định luật của Newton – có sự nhầm lẫn trong định luật cơ bản của thiên văn học. Vera Rubin đã cố gắng lý giải những điểm khác biệt giữa quan sát của bà với nhà vật lý học Newton, và kết quả bà đã phát hiện ra vật chất tối, đó là một loại vật chất không phát sáng trong vũ trụ, các nhà khoa học cũng không có cách nào để quan sát vật chất này bằng thiết bị đo đạc. Hiện nay, các nhà khoa học và vật lý học cho rằng 90% vật chất trong vũ trụ là vật chất tối.


Vật chất tối được phát hiện ra như thế nào?


Năm 1970, Vera Rubin làm việc tại khoa nghiên cứu từ tính trái đất thuộc Học viện Carnegie ở Washington. Nhà thiên văn học Kent Ford – chủ nhiệm khoa đã phát minh ra một máy đo quang phổ bằng rộng tốc độ cao. Những máy quang phổ hiện hành lúc bấy giờ trung bình một ngày chỉ có thể đưa ra một biểu đồ quang phổ(tức là vẽ biểu đồ tần số quang phổ trên bản vẽ, ở đây chỉ các biểu đồ biểu thị năng lượng do các tinh cầu xa xôi phát ra dựa theo những tần suất khác nhau của quang phổ), mà loại máy quang phổ do Kent Ford phát minh trong một đêm có thể hoàn thành 8 đến 10 biểu đồ. Vera Rubin đã nhanh chóng tìm hiểu về chức năng của loại máy này.


Vào đêm 27 tháng 3 năm 1970, Vera Rubin đã dùng kính thiên văn để quan sát chòm sao Tiên Nữ có khoảng cách gần với trái đất nhất. Bà đã quan sát và đếm được hàng triệu ngôi sao trong chòm sao Tiên Nữ, và quan sát xem di chuyển của chúng có giống với những lý luận hiện hành không.


Vera Rubin nối máy quang phổ với kính viễn vọng có độ phóng đại lớn, máy quang phổ lập tức có thể phát hiện ra các loại nguyên tố trong những ngôi sao ở xa, sau đó nó sẽ phác họa ra kết quả quan sát lên trên biểu đồ. Vera Rubin sử dụng kính hiểm vi có độ phóng đại cực lớn để quan sát những biểu đồ được phác họa trên máy quang phổ của Ford.


Vera Rubin biết rằng những ký hiệu mà các nhà thiên văn đo được trên máy ghi phổ sẽ có sự dịch chuyển và độ dịch chuyển lớn hay nhỏ phụ thuộc vào sự chuyển động của các ngôi sao là hường về trái đất hay rời xa trái đất. Sự dịch chuyển tần số này được gọi là sự dịch chuyển Doppler. Giống như khi một chiếc xe đi qua, sóng âm sẽ có sự dịch chuyển tương tự và nó sẽ làm cho âm thanh của động cơ thay đổi với tần suất mỗi lúc một thấp đi. Sự dịch chuyển càng lớn thì tốc độ của vật thể càng nhanh. Ứng dụng dịch chuyển Doppler và máy quang phổ của Ford, Vera Rubin dự định sẽ đo tốc độ vận động của các ngôi sao trong những ngân hà xa xôi.


Bà phát hiện, tốc độ vận tốc của những ngôi sao ở rìa ngoài với những ngôi sao ở trung tâm của chòm Tiên Nữ nhanh như nhau, đây không phải là phương thức vận động chuyển vốn có của chúng.


Trong vòng hơn hai tháng, bà đã hoàn thành 200 trang biểu đồ quang phổ. Kết quả cho thấy mỗi ngân hà đều có hiện tượng tương tự. Và tốc độ vận động của các ngôi sao mà bà đo được đều có sự nhầm lẫn. Dựa vào những định luật vật lý đã biết, khi các ngôi sao chuyển động với tốc độ quá nhanh chúng sẽ không còn chịu tác động của trọng lực nữa và sẽ văng ra khỏi ngân hà mà bay vào trong khoảng không. Thế nhưng chúng đã không bị văng ra khỏi dải ngân hà.


Điều này đã tạo ra hai sự lý giải cho Vera Burin: một là công thức của Newton có sự sai sót (về điểm này không được các nhà khoa học tán thành); thứ hai là trong vũ trụ tồn tại một vật chất mà các nhà thiên văn không thể nào quan sát được bằng các dụng cụ đo đạc.

Bà đã lựa chọn cách lý giải thứ hai, và đặt tên cho loại vật chất đó là vật chất tối, bởi vì chúng ta không nhìn thấy cũng không thể đo được chúng. Để bảo tồn sự chính xác của định luật Newton, Vera Burin đã tính toán hàm lượng và sự phân bố của vật chất tối trong vũ trụ. Bà phát hiện 90% vật chất trong vũ trụ là vật chất tối.


Sau khoảng thời gian tròn mười năm, giới khoa học mới miễn cưỡng thừa nhận kết quả tính toán và chấp nhận một sự thật là: cho dù có dùng phương pháp nào đi chăng nữa thì con người cũng không thể quan sát và phát hiện một bộ phận lớn vật chất trong vũ trụ.


Dù sao phát hiện vào mùa hè năm 1970 của Vera Burin cũng đã làm thay đổi những lý luận và tính toán về cấu tạo và nguồn gốc của vũ trụ, giúp các nhà thiên văn học nâng cao khả năng tính toán một cách chính xác sự phân bố và quá trình di chuyển của các vật chất. Và điều đáng để cho chúng ta cảm thấy vui mừng đó là: định luật vận động Newton vẫn tồn tại.

schoolnet