Trong vật lý học, sự tương đương khối lượng–năng lượng là khái niệm nói về việc khối lượng của vật thể được đo bằng lượng năng lượng của nó. Năng lượng nội tại toàn phần E của vật thể ở trạng thái nghỉ bằng tích khối lượng nghỉ của nó m với một hệ số bảo toàn phù hợp để biến đổi đơn vị của khối lượng thành đơn vị của năng lượng. Nếu vật thể không đứng im tương đối với quan sát viên thì lúc đó ta phải tính đến hiệu ứng tương đối tính. Trong trường hợp đó, m được tính theo khối lượng tương đối tính và E trở thành năng lượng tương đối tính của vật thể. Albert Einstein đề xuất công thức tương đương khối lượng-năng lượng vào năm 1905 trong những bài báo của Năm Kỳ diệu với tiêu đề Quán tính của một vật có phụ thuộc vào năng lượng trong nó? ("Does the inertia of a body depend upon its energy-content?")[1] Sự tương đương được miêu tả bởi phương trình nổi tiếng
{\displaystyle E=mc^{2}\,\!}
Với E là năng lượng, m là khối lượng, và c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Hai vế của công thức có thứ nguyên bằng nhau và không phụ thuộc vào hệ thống đo lường. Ví dụ, trong nhiều hệ đơn vị tự nhiên, tốc độ của ánh sáng (vô hướng) được đặt bằng 1 ('khoảng cách'/'thời gian'), và công thức trở thành đồng nhất thức E = m ('khoảng cách'^2/'thời gian'^2)'; và từ đây có thuật ngữ "sự tương đương khối lượng-năng lượng".[2]
Phương trình E = mc2 cho thấy năng lượng luôn luôn thể hiện được bằng khối lượng cho dù năng lượng đó ở dưới dạng nào đi chăng nữa.[3] sự tương đương khối lượng–năng lượng cũng cho thấy cần phải phát biểu lại định luật bảo toàn khối lượng, hay hoàn chỉnh hơn đó là định luật bảo toàn năng lượng, nó là định luật thứ nhất của nhiệt động lực học. Các lý thuyết hiện nay cho thấy khối lượng hay năng lượng không bị phá hủy, chúng chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.
Muốn biết vũ trụ nặng bao nhiêu á?
Xem Vfact đi chứ còn j nữa
Link video đây : https://www.youtube.com/watch?v=k_K6-Hcg-Jo
Trong vũ trụ học vật lý và thiên văn học, năng lượng tối là một dạng năng lượng chưa biết rõ chiếm phần lớn vũ trụ và có khuynh hướng tăng tốc độ giãn nở của vũ trụ. Năng lượng tối là thuyết được chấp nhận nhiều nhất kể từ những năm 1990, chỉ ra rằng vũ trụ đang giãn nở với vận tốc tăng dần. Theo Đội nghiên cứu Planck và dựa vào mô hình tiêu chuẩn của Vũ trụ học, tỷ lệ tương đối của vật chất-năng lượng, thì vũ trụ nhìn thấy được có chứa 26.8% vật chất tối, 63.8% năng lượng tối (tổng là 95.1%) với vật chất thường chỉ chiếm 4.9%. Một lần nữa, theo tỷ lệ tương đối vật chất-năng lượng, tỉ trọng của năng lượng tối (6.91 x 10-27 kg/m3) là rất thấp, còn thấp hơn cả tỉ trọng của vật chất thường và vật chất tối trong các thiên hà. Mặc dù thế, nó lại thống trị vật chất-năng lượng của Vũ trụ vì được dàn trải khắp không gian.
Hai trạng thái của năng lượng tối được đề xuất là hằng số vũ trụ, một tỉ trọng năng lượng không đổi lấp đầy không gian một cách đồng nhất, và trường vô hướng như đệ ngũ nguyên tố hay mô đun, một số trong đó tỉ trọng năng lượng có thể thay đổi trong không và thời gian. Các đóng góp liên tục từ các trường vô hướng thường cũng được bao gồm trong hằng số vũ trụ. Hằng số vũ trụ có thể được lập để tương đương với năng lượng chân không. Các trường vô hướng không thay đổi trong không gian có thể rất khó để phân biệt từ một hằng số vũ trụ vì thay đổi có thể cực kỳ nhỏ.
Các tính toán chính xác cao về sự giãn nở của vũ trụ là bắt buộc để có thể hiểu được như thế nào mà tỷ lệ giãn nở thay đổi theo thời gian và không gian. Trong Thuyết tương đối, sự phát triển của tỷ lệ giãn nở được tham số hóa bởi phương trình trạng thái của vũ trụ (mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất, và tổng tỉ trọng của vật chất, năng lượng và năng lượng chân không cho bất kỳ khu vực nào của không gian). Tính được phương trình trạng thái của vũ trụ là một trong những cố gắng lớn nhất trong quan sát vũ trụ vào hiện tại.
Thêm hằng số vũ trụ vào thước đo FLRW chuẩn dẫn đến mô hình Lambda-CDM, được biết đến với tên gọi "mô hình tiêu chuẩn" của Vũ trụ học do nó có độ chính xác và trùng hợp với các quan sát đã được thực hiện. Năng lượng tối đã được sử dụng như là một thành phần tối quan trọng trong một cố gắng gần đây để lập ra một mô hình vòng tròn cho Vũ trụ.
Mục lục
1Bản chất của năng lượng tối1.1Hiệu ứng của năng lượng tối: một áp suất chân không âm không thay đổi2Bằng chứng cho sự tồn tại2.1Siêu tân tinh2.2Phông vi sóng Vũ trụ3Tham khảo4Liên kết ngoàiBản chất của năng lượng tối[sửa | sửa mã nguồn]
Có khá nhiều điều về bản chất của năng lượng tối vẫn còn là một vấn đề để suy đoán. Bằng chứng về sự tồn tại của năng lượng tối dù là gián tiếp nhưng đến từ ba nguồn tự do:
Tính toán khoảng cách và liên hệ của chúng với dịch chuyển đỏ, cho thấy rằng Vũ trụ đã giãn nở trong suốt nửa cuộc đời của nó.Một nhu cầu trong lý thuyết về một loại năng lượng mà không là vật chất hay vật chất tối để hình thành nên vũ trụ phẳng nhìn thấy được (sự thiếu vắng của bất kỳ độ cong nào).Nó có thể được suy ra khi tính toán các mô hình sóng cỡ lớn của tỷ trọng vật chất của Vũ trụ.Vật chất tối dàn trải rất đồng đều, không quá dày và chưa bao giờ được nhìn thấy tiếp xúc hay phản ứng với các lực cơ bản ngoài trọng lực. Do tính chất khá loãng - khoảng 10−30 g/cm3 - nó khó có thể bị bắt được trong các thí nghiệm. Năng lượng tối có thể có hiệu ứng mạnh với Vũ trụ, tạo nên đến 68% mật độ phổ quát, chỉ bởi vì nó lấp một cách đồng đều khắp không gian trống. Hai mô hình đứng đầu là hằng số vũ trụ và đệ ngũ nguyên tố. Cả hai mô hình đều bao gồm tính chất của năng lượng tối là nó có áp suất âm.
Hiệu ứng của năng lượng tối: một áp suất chân không âm không thay đổi[sửa | sửa mã nguồn]
Độc lập hoàn toàn khỏi bản chất thực sự của nó, năng lượng tối sẽ cần một áp suất âm mạnh để có thể giải thích cho hiện tượng tăng tốc độ giãn nở của vũ trụ.
Dựa theo Thuyết tương đối, áp suất trong một chất đóng góp trực tiếp cho lực hấp dẫn của vật với những vật khác giống như tỷ trọng vật chất của nó. Điều này xảy ra vì đại lượng vật lý làm cho vật chất tạo ra lực hấp dẫn là tensơ ứng xuất - xung lượng, có chứa cả tỷ trọng năng lượng (hay vật chất) của chất, áp suất cũng như là độ dẻo của nó.
Trong thước đo Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker, có thể nhìn thấy một áp suất âm mạnh, không đổi trong toàn Vũ trụ gây ra hiện tượng tăng tốc độ giãn nở của vũ trụ nếu Vũ trụ đã giãn nở, hay một sự giảm tốc trong sự co giãn của Vũ trụ nếu Vũ trụ đã co giãn. Chính xác hơn nữa, hàm bậc hai của yếu tố quy mô của vũ trụ, {\displaystyle {\ddot {a}}}
Hiệu ứng tăng tốc giãn nở này đôi khi có tên là "lực đẩy trọng trường", là một cách diễn tả nhiều màu sắc nhưng có thể khó hiểu. Trong thực tế, một áp suất âm không ảnh hưởng đến tương tác hấp dẫn giữa khối lượng - vẫn còn hấp dẫn - nhưng chỉ thay đổi sự phát triển tổng thể của Vũ trụ trên quy mô lớn, thường dẫn đến sự tăng tốc giãn nở của Vũ trụ mặc dù lực hấp dẫn giữa khối lượng có mặt trong Vũ trụ.
Sự giãn nở chỉ đơn giản là một chức năng của tỷ trọng năng lượng tối. Năng lượng tối rất dai dẳng: tỷ trọng của nó luôn luôn không đổi (trong thí nghiệm, với tỷ lệ 1:10), ví dụ, nó không bị pha loãng khi không gian giãn ra.
Bằng chứng cho sự tồn tại[sửa | sửa mã nguồn]
Siêu tân tinh[sửa | sửa mã nguồn]
Năm 1998, một quan sát được thực hiện trên một Siêu tân tinh loại Ia (Một A) bởi Đội Tìm kiếm Siêu tân tinh High-Z theo sau là Dự án Siêu tân tinh chỉ ra rằng tốc độ giãn nở của Vũ trụ đang tăng dần. Giải Nobel năm 2011 trong lĩnh vực Vật Lý được trao cho Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt và Adam G. Riess vì vai trò tiên phong trong phát hiện trên.
Từ đó, các quan sát trên đã được chứng thực bởi hàng loạt các nguồn tự do. Tính toán phông vi sóng Vũ trụ, hội tụ hấp dẫn và các cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ cũng như là các tính toán nâng cao trên các siêu tân tinh cùng nhất quán với mô hình Lamda-CDM. Một số người đã tranh luận rằng bằng chứng duy nhất chứng tỏ được sự tồn tại của một loại năng lượng như năng lượng tối là từ các quan sát trên việc tính toán khoảng cách và các dịch chuyển đỏ tương quan. Bất đẳng hướng phông vi sóng vũ trụ và dao động âm thanh baryon là các quan sát duy nhất có dịch chuyển đỏ lớn hơn dự tính từ một Vũ trụ Friedmann-Lemaître nhỏ xíu và Hằng số Hubble.
Các siêu tân tinh khá hữu dụng trong Vũ trụ học vì chúng là các thang đo khoảng cách xuất sắc xuyên suốt Vũ trụ. Chúng cho phép đo đạc lịch sử giãn nở của Vũ trụ bằng cách nghiên cứu mối quan hệ giữa khoảng cách đến một vật thể và dịch chuyển đỏ của chúng, sau đó sẽ suy ra tốc độ chúng đang dần lùi xa khỏi ta. Mối quan hệ này khá tuyến tính, dựa vào luật Hubble. Chúng ta có thể dễ dàng tính toán dịch chuyển đỏ, nhưng tìm ra được khoảng cách để đến một vật thể thì khó hơn. Thường, một nhà thiên văn học sẽ dùng một thang đo khoảng cách: một vật thể mà trong đó độ sáng nội tại và cấp sao tuyệt đối được biết chính xác. Điều này cho phép khoảng cách của vật thể được đo từ độ sáng quan sát được đến từ nó, hay cấp sao biểu kiến. Một siêu tân tinh loại Ia được biết đến nhiều nhất với vai trò là thang đo khoảng cách xuyên suốt Vũ trụ vì ánh sáng mạnh và ổn định của nó.
Các quan sát gần đây trên các siêu tân tinh đều nhất quán với một Vũ trụ được tạo thành bởi 71.3% năng lượng tối và 27.4% tổng hợp của vật chất tối và vật chất baryon.
Phông vi sóng Vũ trụ[sửa | sửa mã nguồn]
Sự tồn tại của năng lượng tối, trong bất kỳ hình thức nào, đều cần thiết để dung hòa các tính toán hình học của Vũ trụ với tổng vật chất trong Vũ trụ. Tính toán về bất đẳng hướng phông vi sóng Vũ trụ chỉ ra rằng Vũ trụ gần như phẳng. Để hình dáng của Vũ trụ có thể có dạng phẳng, tỷ trọng vật chất/năng lượng của Vũ trụ phải gần bằng tỷ trọng mật độ tới hạn. Tổng vật chất trong Vũ trụ (bao gồm cả các hạt baryon và vật chất tối), đã tính được qua quang phổ trong phông vi sóng, tính được chỉ có 30% mật độ giới hạn. Điều này nói lên rằng sự tồn tại của một dạng năng lượng khác chỉ còn 70%. Tàu vũ trụ Quả cầu Bất đẳng hướng Vi sóng Wilkinson (WMAP) mất bảy năm phân tích đã đưa ra kết luận một Vũ trụ cấu tạo từ 72.8% năng lượng tối, 22.7% vật chất tối và 4.5% vật chất thường. Các thí nghiệm hoàn thành năm 2013 dựa trên các quan sát của tàu vũ trụ Planck trên phông vi sóng đã đưa ra kết quả chính xác hơn là 68.3% năng lượng tối. 26.8% vật chất tối và 4.9% vật chất thường.
Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu được. Vật chất tối không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận ra nó vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với chất rắn và các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ. Dựa trên hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn, các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối là thành phần cơ bản chiếm tới 70% vật chất (vật chất tối + vật chất thường) trong vũ trụ.[1]
Mục lục
1Nhận dạng vật chất tối2Lý thuyết mới sự ra đời vật chất tối3Bằng chứng quan sát3.1Đường cong thiên hà3.2Vận tốc phân tán3.3Cụm thiên hà3.4Thấu kính hấp dẫn3.5Nền vi sóng vũ trụ3.6Structure formation3.7Bullet Cluster3.8Type Ia supernova distance measurements3.9Sky surveys and baryon acous oscillations3.10Redshift-space distortions3.11Lyman-alpha forest4Xem thêm5Tham khảo6Liên kết ngoàiNhận dạng vật chất tối[sửa | sửa mã nguồn]
Các nhà khoa học đã nhận ra một số hiện tượng mà hợp với sự tồn tại của vật chất tối, bao gồm tốc độ quay của các thiên hà và tốc độ quỹ đạo của những thiên hà trong cụm; thấu kính hấp dẫn các thiên thể phía sau bởi những cụm thiên hà như là Bullet Cluster; và kiểu phân phối nhiệt độ của khí nóng ở các thiên hà và cụm thiên hà.
Vật chất tối cũng có vai trò quan trọng đối với sự tạo thành cấu trúc và sự tiến hóa thiên hà, và có ảnh hưởng đo được đến tính không đẳng hướng (anisotropy) của bức xạ phông vi sóng vũ trụ. Các hiện tượng này chỉ rằng vật chất quan sát thấy được trong các thiên hà, các cụm thiên hà, và cả vũ trụ mà có ảnh hưởng đến bức xạ điện từ chỉ là một phần nhỏ của tất cả vật chất: phần còn lại được gọi là "thành phần vật chất tối".
Năm 1933, Fritz Zwicky phát hiện ra loại vật chất này khi đo vận tốc các thiên hà trong cụm thiên hà Coma.[2]
Hình dung về tỷ lệ thành phần vũ trụ: năng lượng tối 68,3%, vật chất tối 26,8%, khí Hidro, Heli tự do, các sao, neutrino, thành phần chất rắn và các phần còn lại 4,9%
Thành phần của vật chất tối chưa hiểu được, nhưng có thể bao gồm những hạt sơ cấp mới nghĩ đến, như là WIMP, axion, và neutrino thường và nặng; các thiên thể như là sao lùn trắng và hành tinh (được gọi chung là MACHO, massive compact halo object); và đám khí không phát ra ánh sáng. Bằng chứng hiện hành ủng hộ các mô hình cho rằng thành phần chính của vật chất tối là những hạt sơ cấp chưa gặp, được gọi chung là "vật chất tối thiếu baryon". Cũng có thể xếp hố đen vào một dạng vật chất tối. Tuy nhiên, giữa hố đen và vật chất tối có nhiều điểm khác biệt. Vật chất tối bất kì nào cũng có 1 điểm gọi là gốc, chúng hút các nguyên tử trong không gian để tăng kích thước và càng đặc hơn. Gốc của vật chất tối có lực hấp dẫn, vì vậy vật chất tối lớn đến mấy thì trọng lực và áp suất chúng tạo ra là vẫn không đổi. Còn về hố đen, chúng không thể to ra, mà đơn thuần chỉ là một vòng xoáy với áp suất cực mạnh hút mọi thứ vật chất khác.Vật chất tối có thể di chuyển với vận tốc ánh sáng khi nó đủ đặc, và thậm chí lúc đó nó có thể phá hủy 1 hành tinh. Hố đen có thể là 1 dạng vật chất tối bị thuần hóa, nó không thể di chuyển nữa nhưng vẫn có áp suất cực mạnh.
Tuy vậy, các thí nghiệm vật lý trong năm 2016 của các thiết bị hiện đại nhằm tìm kiếm, chứng minh cho sự có mặt của vật chất tối đã thất bại trong việc phát hiện chúng[3]. Vật chất tối rất khó tìm kiếm do chúng ta không thể thấy nó và chỉ có thể phát hiện khi các thiết bị tiếp xúc với trọng lực siêu nhỏ từ gốc của nó. Vì vậy, chứng thực được sự tồn tại của nó là rất khó.
Lý thuyết mới sự ra đời vật chất tối[sửa | sửa mã nguồn]
Các nhà khoa học tại đại học Johannes Gutenberg ở Đức đưa ra lý thuyết mới sự hình thành vật chất tối ngay sau khởi đầu của vũ trụ. Mô hình này thay thế cho mô hình WIMP (Weakly Interacting Massive Parles) gọi là các hạt năng lượng tương tác yếu.
Khởi điểm vũ trụ vật chất tối có thể không ổn định, giả định là nó bị phân rã. Vật chất tối được giữ ổn định bằng giải thích nguyên lý đối xứng, cho phép nó tồn tại tới ngày nay. Giả thiết này được hai nhà vật lí Baker và Kopp đưa ra dựa trên lí thuyết bất đối xứng vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.[2]
Bằng chứng quan sát[sửa | sửa mã nguồn]
Sự phân bố dự kiến của vật chất tối trong thiên hà Milky Way như một quầng sáng màu xanh của vật chất bao quanh thiên hà.[4]
Đường cong thiên hà[sửa | sửa mã nguồn]
Bài chi tiết: Đường cong thiên hà
Đường cong quay của một thiên hà xoắn ốc điển hình: dự đoán (A) và quan sát (B). Vật chất tối có thể giải thích sự xuất hiện 'phẳng' của đường cong vận tốc ra bán kính lớn.
Cánh tay của các thiên hà xoắn ốc xoay quanh trung tâm thiên hà. Mật độ khối phát sáng của một thiên hà xoắn ốc giảm khi người ta đi từ trung tâm ra ngoài rìa. Nếu khối lượng phát sáng là tất cả vấn đề, thì chúng ta có thể mô hình thiên hà như một khối điểm ở trung tâm và kiểm tra các khối lượng quay quanh nó, tương tự như Hệ Mặt trời.[a] Từ Định luật thứ hai của Kepler, dự kiến vận tốc quay sẽ giảm theo khoảng cách từ tâm, tương tự như Hệ mặt trời. Điều này không được quan sát.[5] Thay vào đó, đường cong xoay thiên hà vẫn phẳng khi khoảng cách từ tâm tăng lên.
Nếu định luật của Kepler là chính xác, thì cách rõ ràng để giải quyết sự khác biệt này là kết luận sự phân bố khối lượng trong các thiên hà xoắn ốc không giống với Hệ Mặt trời. Đặc biệt, có rất nhiều vật chất không phát sáng (vật chất tối) ở vùng ngoại ô của thiên hà.
Vận tốc phân tán[sửa | sửa mã nguồn]
Bài chi tiết: Vận tốc phân tán
Các ngôi sao trong các hệ thống ràng buộc phải tuân theo định lý virial. Định lý này, cùng với phân bố vận tốc đo được, có thể được sử dụng để đo phân bố khối lượng trong một hệ thống ràng buộc, chẳng hạn như các thiên hà hình elip hoặc các cụm cầu. Với một số ngoại lệ, ước tính phân tán vận tốc của các thiên hà hình elip[6] không khớp với sự phân tán vận tốc dự đoán từ phân bố khối lượng quan sát được, thậm chí giả định sự phân bố phức tạp của các quỹ đạo sao.[7]
Như với các đường cong xoay của thiên hà, cách rõ ràng để giải quyết sự khác biệt là định nghĩa sự tồn tại của vật chất không phát sáng.
Cụm thiên hà[sửa | sửa mã nguồn]
Các cụm thiên hà đặc biệt quan trọng đối với các nghiên cứu vật chất tối vì khối lượng của chúng có thể được ước tính theo ba cách độc lập:
Từ sự phân tán vận tốc hướng tâm của các thiên hà trong các cụmTừ tia X phát ra từ khí nóng trong cụm. Từ phổ năng lượng tia X và thông lượng, nhiệt độ và mật độ khí có thể được ước tính, do đó tạo ra áp suất; giả sử áp suất và cân bằng trọng lực xác định hồ sơ khối lượng của cụm.Thấu kính hấp dẫn (thường là các thiên hà ở xa hơn) có thể đo khối lượng cụm mà không cần dựa vào các quan sát động lực học (ví dụ: vận tốc).Nói chung, ba phương pháp này nằm trong thỏa thuận hợp lý, vật chất tối lớn hơn vật chất có thể nhìn thấy khoảng 5 đến 1.[8]
Thấu kính hấp dẫn[sửa | sửa mã nguồn]
Thấu kính hấp dẫn mạnh theo quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble trong Abell 1689 cho thấy sự hiện diện của vật chất tối - phóng to hình ảnh để xem các vòng cung thấu kính.
Các mô hình thiên hà đĩa quay trong thời đại ngày nay (trái) và mười tỷ năm trước (phải). Trong thiên hà ngày nay, vật chất tối - thể hiện bằng màu đỏ - tập trung nhiều hơn ở gần trung tâm và nó quay nhanh hơn (hiệu ứng phóng đại).
Bản đồ vật chất tối cho một mảng bầu trời dựa trên phân tích thấu kính hấp dẫn của khảo sát Kilo-Degree.[9]
Một trong những hệ quả của thuyết tương đối rộng là các vật thể lớn (như cụm thiên hà) nằm giữa một nguồn xa hơn (như chuẩn tinh) và người quan sát phải đóng vai trò như một thấu kính để bẻ cong ánh sáng từ nguồn này. Một vật thể càng lớn, ống kính càng được quan sát nhiều.
Thấu kính mạnh là sự biến dạng quan sát được của các thiên hà nền thành các cung khi ánh sáng của chúng đi qua một thấu kính hấp dẫn như vậy. Nó đã được quan sát xung quanh nhiều cụm ở xa bao gồm Abell 1689.[10] Bằng cách đo hình học biến dạng, có thể thu được khối lượng của cụm can thiệp. Trong hàng chục trường hợp đã được thực hiện, các tỷ lệ khối lượng ánh sáng thu được tương ứng với các phép đo vật chất tối động của các cụm.[11] Thấu kính có thể dẫn đến nhiều bản sao của một hình ảnh. Bằng cách phân tích sự phân bố của nhiều bản sao hình ảnh, các nhà khoa học đã có thể suy luận và lập bản đồ phân bố vật chất tối xung quanh cụm thiên hà MACS J0416.1-2403.[12][13]
Thấu kính hẫp dẫn yếu nghiên cứu về sự biến dạng nhỏ của nền của các thiên hà, sử dụng các dữ liệu thống kê về những cuộc khảo sát thiên hà rộng lớn. Bằng cách khảo sát sự biến dạng của mặt cắt nền thiên hà, the mean distribution of dark matter can be characterized. The mass-to-light ratios correspond to dark matter densities predicted by other large-scale structure measurements.[14] Dark matter does not bend light itself; mass (in this case the mass of the dark matter) bends spacetime. Light follows the curvature of spacetime, resulting in the lensing effect.[15][16]
Nền vi sóng vũ trụ[sửa | sửa mã nguồn]
Bài chi tiết: Nền vi sóng vũ trụ
Mặc dù cả vật chất tối và vật chất thông thường đều là vật chất, nhưng chúng không hành xử theo cùng một cách. Đặc biệt, trong vũ trụ sơ khai, vật chất thông thường bị ion hóa và tương tác mạnh với bức xạ thông qua sự tán xạ Thomson. Vật chất tối không tương tác trực tiếp với bức xạ, nhưng nó ảnh hưởng đến CMB bởi thế năng hấp dẫn của nó (chủ yếu ở quy mô lớn) và do ảnh hưởng của nó đến mật độ và vận tốc của vật chất thông thường. Do đó, nhiễu loạn vật chất thông thường và tối, phát triển khác nhau theo thời gian và để lại những dấu ấn khác nhau trên nền vi sóng vũ trụ (CMB).
Nền vi sóng vũ trụ rất gần với một người da đen hoàn hảo nhưng chứa bất đẳng hướng nhiệt độ rất nhỏ của một vài phần trong 100.000. Một bản đồ bầu trời của dị hướng có thể bị phân hủy thành phổ công suất góc, được quan sát thấy có chứa một loạt các đỉnh âm ở khoảng cách gần bằng nhau nhưng độ cao khác nhau. Một loạt các đỉnh có thể được dự đoán cho bất kỳ tập hợp các tham số vũ trụ giả định nào bằng các mã máy tính hiện đại như CMBFast và CAMB, và lý thuyết khớp với dữ liệu, do đó, hạn chế các tham số vũ trụ.[17] Đỉnh thứ nhất chủ yếu cho thấy mật độ của vật chất baryonic, trong khi đỉnh thứ ba chủ yếu liên quan đến mật độ vật chất tối, đo mật độ vật chất và mật độ của các nguyên tử.[17]
Bất đẳng hướng CMB lần đầu tiên được phát hiện bởi COBE vào năm 1992, mặc dù điều này có độ phân giải quá thô để phát hiện các đỉnh âm thanh. Sau khi phát hiện ra đỉnh âm thanh đầu tiên của thí nghiệm BOOMERanG từ khinh khí cầu vào năm 2000, phổ công suất đã được WMAP quan sát chính xác vào năm 2003, năm 2012 và thậm chí chính xác hơn là tàu vũ trụ Planck vào năm 2013 2015. Các kết quả hỗ trợ mô hình Lambda-CDM.[18][19]
Phổ công suất góc CMB quan sát được cung cấp bằng chứng mạnh mẽ hỗ trợ vật chất tối, vì cấu trúc chính xác của nó được trang bị tốt bởi Lambda-CDM model,[19] nhưng khó tái tạo với bất kỳ mô hình cạnh tranh nào, chẳng hạn như động lực học Newton đã sửa đổi (MOND).[19][20]
