Lỗ đen + vật chất tối = ánh sáng

Hai trong những thứ tối tăm nhất trong vũ trụ có thể đang sản sinh ra ánh sáng – hay ít nhất là bức xạ điện từ. Khi các dòng vật chất vọt ra từ một lỗ đen siêu khối lượng tại tâm của một thiên hà va chạm với vật chất tối, chúng có thể tạo ra các tia gamma có thể phát hiện ra từ trên trái đất chúng ta – đó là bằng chứng khả dĩ cho vật chất tối vốn hay lảng tránh con người.
Các dòng hạt bị tống ra khỏi các lỗ đen ở gần tốc độ ánh sáng. Giống như là một phát súng vũ trụ, người ta nghĩ chúng có liên hệ với vật chất đang rơi vào trong lỗ đen. Stefano Profumo thuộc trường đại học California, Santa Cruz, và các đồng nghiệp của ông đã tính toán được những eletron thuộc một trong những dòng vật chất này tương tác như thế nào với vật chất tối xung quanh.

Dấu hiệu tối từ thiên hà Centaurus A (Ảnh: NASA/CXC/SAO/M.Karovska et al)

Họ đặc biệt khảo sát các loại hạt vật chất tối mà hai lí thuyết chủ chốt hiện nay dự đoán: một là lí thuyết siêu đối xứng, đề xuất rằng mỗi hạt bình thường có một siêu đối tác, và lí thuyết kia thì giả định rằng vũ trụ đang tiềm ẩn một chiều không gian thứ tư.
Họ nhận thấy thay vì đơn giản là bật ra khỏi nhau, một số electron và hạt vật chất tối có thể hợp nhất với nhau, biến đổi thành một loại electron siêu đối xứng hoặc đa chiều. Hạt này sẽ nặng, và phần lớn động năng của electron sẽ tiêu hao vào việc tạo ra hạt mới. Hệ quả là hạt đó sẽ hầu như bất động.
Nếu sau đó hạt đó phân hủy thành một electron và một hạt vật chất tối ở trạng thái cơ bản, thì hạt electron sẽ giải phóng tia gamma. Không giống như một hạt đang chuyển động nhanh, như các hạt trong các dòng vật chất vọt ra, hạt đang chuyển động chậm này sẽ phát ra các tia có thể truyền đi theo mọi hướng. Điều này có thể khiến chúng dễ phân biệt với dòng lũ photon trong các dòng hạt vọt ra, theo cộng tác viên Mikhail Gorshteyn thuộc trường đại học Indiana ở Bloomington.
Ý tưởng rẳng các hạt phát ra từ một lỗ đen có thể tương tác với vật chất tối để tạo ra tia gamma đã được đề xuất trước đây, nhưng một nghiên cứu trước đây cho rằng các tia đó sẽ quá mờ nhạt để nhìn thấy từ cự li trái đất.
Tuy nhiên, đội của Profumo nhận thấy trong một ngưỡng hẹp của năng lượng electron, hầu như toàn bộ các electron va chạm với vật chất tối sẽ biến đổi thành phiên bản electron siêu đối xứng hoặc đa chiều. Hiệu ứng “cộng hưởng” này sẽ tạo ra các tia gamma có thể nhìn thấy trong các máy dò ở gần Trái đất, thí dụ như Kính thiên văn vũ trụ Fermi của NASA.
Đội nghiên cứu tính được là hiệu ứng trên có giải thích cho các tần số tia gamma mà kính Fermi đo được phát ra từ lỗ đen tại tâm của thiên hà Centaurus A. Tuy nhiên, phổ tần số của tia gamma phát ra từ một thiên hà khác, Messier 87, không phù hợp với dự đoán của họ.

Nguồn: New Scientist