Trước hết tôi sẽ bắt đầu với một vài ý tưởng:
- Baryonic Matter : Baryon là các hạt cơ bản được tạo thành từ 3 quark. Điều này bao gồm các proton và neutron, và thuật ngữ vật chất baryonic dùng để chỉ vật chất làm từ baryon, chẳng hạn như các nguyên tử. Ví dụ về vật chất không baryonic bao gồm neutrino, electron tự do và các vật chất kỳ lạ khác.
- Những thứ như hành tinh, ngôi sao, bụi, v.v ... đều được làm bằng nguyên tử, và do đó được phân loại là vật chất baryonic.
Bây giờ, làm thế nào để chúng ta biết rằng vật chất tối có mặt trong vũ trụ?
Các nhà thiên văn học đo lực hấp dẫn của các thiên hà và các nhóm / cụm thiên hà dựa trên cách các vật thể hành xử khi tương tác với các vật thể này. Một số ví dụ về điều này bao gồm tước khí / bụi thủy triều, quỹ đạo của các ngôi sao trong thiên hà và thấu kính hấp dẫn của ánh sáng xa từ một cụm lớn. Sử dụng điều này, họ xác định khối lượng của thiên hà (hoặc nhóm thiên hà). Chúng ta cũng có thể xác định khối lượng của một thiên hà hoặc nhóm bằng cách nhìn vào nó và cộng khối lượng của tất cả các vật thể (như sao, bụi, khí, lỗ đen và các vật chất baryonic khác). Mặc dù các phương pháp này đều cho chúng ta xấp xỉ, nhưng rõ ràng khối lượng hấp dẫn của các thiên hà và các nhóm vượt quá khối lượng baryonic theo hệ số 10 - 100.
Khi các nhà vật lý thiên văn lần đầu tiên tìm thấy hiện tượng này, họ đã phải đưa ra một lời giải thích hợp lý, vì vậy họ cho rằng có một vật chất mới, vô hình gọi là vật chất tối. (Bên cạnh: một số nhà vật lý thiên văn cũng đưa ra những giải thích khác như trọng lực biến đổi, nhưng cho đến nay vật chất tối làm công việc tốt nhất trong việc giải thích các quan sát).
Được rồi, vậy bây giờ làm thế nào để chúng ta biết vật chất tối không phải là bất kỳ loại vật chất baryonic nào?
Có một vài lý do các nhà vật lý thiên văn biết rằng cực kỳ khó có khả năng vật chất tối là baryonic. Trước hết, nếu tất cả các ngôi sao trong thiên hà tỏa sáng trên một vật thể nóng lên, thì sức nóng này gây ra sự giải phóng bức xạ, được gọi là bức xạ nhiệt và mọi vật thể (baryonic) trên 0 kelvin (hay -273,14 độ celcius) phát ra bức xạ này. Tuy nhiên, vật chất tối hoàn toàn không phát ra bất kỳ bức xạ nào (do đó tên tối!)
Nếu vật chất tối là baryonic, điều đó cũng có nghĩa là nó có thể phát ra ánh sáng. Nếu chúng ta có một khối vật chất baryonic * và đặt nó vào không gian, nó sẽ co lại một cách hấp dẫn, và cuối cùng sẽ tạo thành một ngôi sao hoặc lỗ đen ** - cả hai chúng ta đều có thể nhìn thấy.
Vì vậy, vì những lý do này, vật chất tối trong các thiên hà và trong các nhóm / cụm thiên hà không thể là baryonic và vì vậy không thể là các hành tinh, sao chết, tiểu hành tinh, v.v. Nó chắc chắn sẽ không phải là các hành tinh vì không có cách nào gấp 10 - 100 lần khối lượng các ngôi sao trong một thiên hà sẽ là các hành tinh, vì cơ chế tạo ra các hành tinh phụ thuộc vào siêu tân tinh và số lượng siêu tân tinh cần thiết cho nhiều hành tinh sẽ quá cao để phù hợp với các quan sát của chúng ta. Tôi hy vọng rằng điều này đã trả lời câu hỏi của bạn!
* với điều kiện khối lượng vật chất baryonic rất lớn và số lượng có trong các thiên hà chắc chắn là vậy!
** chúng ta không quan sát trực tiếp các lỗ đen, nhưng có thể thấy bức xạ từ các đĩa bồi tụ của chúng.