Nhà Thiên Văn Học Báo Cáo Tín Hiệu Vầng Hào Quang Gamma Có Thể Chỉ Ra Sự Hủy Diệt Vật Chất Tối

Các nhà thiên văn học vừa công bố việc phát hiện một cấu trúc bức xạ gamma hình vầng hào quang đặc trưng bao quanh Dải Ngân Hà. Phát hiện này mang ý nghĩa sâu sắc, gợi ý mạnh mẽ về sự hủy diệt của các Hạt Tương Tác Yếu Khối Lượng Lớn (WIMP) – một ứng cử viên hàng đầu cho vật chất tối. Phân tích này, do Giáo sư Tomonori Totani thuộc Đại học Tokyo dẫn đầu, đã sử dụng bộ dữ liệu toàn diện kéo dài 15 năm do Kính viễn vọng Không gian Fermi của NASA thu thập trong giai đoạn từ năm 2008 đến 2023.

Tín hiệu được quan sát cho thấy một đỉnh năng lượng rõ rệt, chính xác tại mức 20 gigaelectronvolt (GeV). Đặc điểm này hoàn toàn phù hợp với các dự đoán lý thuyết về sự phát xạ tia gamma phát sinh từ quá trình hủy diệt WIMP. Đây là một dấu hiệu quan trọng, bởi vì nó khớp với những gì các mô hình vật lý dự đoán cho loại hạt này khi chúng va chạm và tự hủy diệt.

Tầm quan trọng của quan sát tiềm năng này càng được nhấn mạnh bởi cường độ và vị trí đo được. Mức dư thừa tia gamma được báo cáo trong vầng hào quang thiên hà này được cho là mạnh hơn gấp mười lần so với mức dư thừa đã được ghi nhận trước đó gần Trung tâm Thiên hà. Vật chất tối, chiếm khoảng 84% tổng vật chất trong Vũ trụ, vẫn là một ẩn số vì các hạt của nó không tương tác điện từ. Do đó, chữ ký tia gamma này có thể là bằng chứng trực tiếp đầu tiên về thành phần khó nắm bắt này.

Giáo sư Totani nhận định rằng, nếu cách giải thích này là chính xác, đây sẽ đánh dấu lần đầu tiên nhân loại có thể 'nhìn thấy' vật chất tối. Điều này ngụ ý sự tồn tại của một hạt cơ bản nằm ngoài Mô hình Chuẩn đã được thiết lập của vật lý hạt. Khối lượng suy ra của các hạt WIMP này được ước tính vào khoảng 500 lần khối lượng của một proton, một con số hoàn toàn nhất quán với các kỳ vọng lý thuyết trước đây.

Tuy nhiên, cộng đồng khoa học đang giữ thái độ thận trọng và xem xét kỹ lưỡng. Điều này là do sự khó khăn cố hữu trong việc tách biệt các tín hiệu như vậy khỏi nhiễu nền vật lý thiên văn phức tạp. Giáo sư Joe Silk từ Đại học Johns Hopkins đã chỉ ra rằng bức xạ này có thể bắt nguồn từ một quá trình vật lý thiên văn chưa được giải thích, có thể liên quan đến các 'bong bóng Fermi' được hình thành từ hoạt động trong quá khứ của lỗ đen siêu khối lượng trung tâm thiên hà.

Tiến sĩ Moorts Muru từ Viện Vật lý Thiên văn Leibniz bày tỏ sự ủng hộ có điều kiện. Ông quan sát rằng các thiên thể đã biết thường không bức xạ ở mức năng lượng cao như vậy, đồng thời nhấn mạnh rằng phát hiện này vẫn chưa phải là bằng chứng xác thực cuối cùng. Tín hiệu mới này khác biệt so với mức dư thừa tia gamma được ghi nhận lần đầu tiên gần Trung tâm Thiên hà vào năm 2009, vốn bản thân nó vẫn là một dị thường chưa được giải quyết.

Nghiên cứu này, được công bố trên Tạp chí Vũ trụ học và Vật lý Thiên văn, đòi hỏi quá trình mô hình hóa và loại bỏ tỉ mỉ các nguồn đã biết, bao gồm tia vũ trụ và tương tác khí giữa các vì sao, nhằm cô lập thành phần vầng hào quang còn lại. Việc xác minh độc lập là tối quan trọng. Các nhà nghiên cứu hiện sẽ tập trung vào việc phát hiện cùng một chữ ký 20-GeV này tại các môi trường khác có mật độ vật chất tối cao, chẳng hạn như các thiên hà lùn của Dải Ngân Hà, nơi cung cấp nền nhiễu sạch hơn để kiểm tra giả thuyết hủy diệt WIMP.

Các khả năng quan sát trong tương lai, đặc biệt là Mảng Kính viễn vọng Cherenkov (CTA), được kỳ vọng sẽ đóng vai trò then chốt trong việc xác nhận. CTA dự kiến sẽ mang lại độ phân giải năng lượng và độ nhạy chưa từng có trong phổ tia gamma năng lượng cao, có khả năng nâng cao giới hạn phát hiện vật chất tối lên một bậc độ lớn trong phạm vi đa-TeV.