Khi quan sát bầu trời đêm, con người tưởng rằng những ngôi sao, hành tinh, khí bụi và thiên hà mà chúng ta nhìn thấy tạo nên toàn bộ vũ trụ. Tuy nhiên, các nghiên cứu thiên văn hiện đại cho thấy vật chất quen thuộc chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong tổng thể vũ trụ. Phần lớn vũ trụ dường như được cấu tạo bởi hai thành phần bí ẩn: vật chất tối (dark matter) và năng lượng tối (dark energy).

Ảnh: svs.gsfc.nasa

Vật chất tối được các nhà khoa học đưa ra giả thuyết để giải thích những hiện tượng mà vật chất nhìn thấy không thể lý giải. Mặc dù không phát ra ánh sáng, không phản xạ hay hấp thụ ánh sáng, vật chất tối vẫn có tác động thông qua lực hấp dẫn. Một trong những bằng chứng quan trọng nhất đến từ chuyển động của các thiên hà. Theo các định luật vật lý, nếu chỉ có lượng sao và khí mà chúng ta quan sát được, các thiên hà sẽ không thể quay nhanh như hiện nay mà không bị phá vỡ. Điều này cho thấy tồn tại một lượng lớn vật chất vô hình đang giữ chúng lại.

Ảnh: tam.gov

Các nhà khoa học ước tính vật chất tối chiếm khoảng 27% vũ trụ, trong khi vật chất thông thường – gồm nguyên tử tạo nên con người, Trái Đất và các ngôi sao – chỉ chiếm khoảng 5%. Nhiều giả thuyết cho rằng vật chất tối có thể được tạo thành từ những hạt chưa từng được phát hiện, chẳng hạn như WIMP (hạt tương tác yếu) hoặc axion. Tuy nhiên, sau nhiều thập kỷ tìm kiếm, bản chất thật sự của vật chất tối vẫn chưa được xác định.

Nếu vật chất tối giúp kết nối các cấu trúc lớn trong vũ trụ, thì năng lượng tối lại liên quan đến sự giãn nở của chính không gian. Vào cuối thế kỷ XX, các nhà thiên văn phát hiện rằng sự giãn nở của vũ trụ không chậm lại như dự đoán, mà đang tăng tốc. Hiện tượng này được giải thích bằng sự tồn tại của một dạng năng lượng bí ẩn gọi là năng lượng tối.

Ảnh: subatomicstories.blogspot

Năng lượng tối được cho là chiếm khoảng 68% vũ trụ. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa biết chính xác nó là gì. Một số giả thuyết cho rằng đó có thể là năng lượng vốn có của chân không lượng tử, trong khi những giả thuyết khác đề xuất sự tồn tại của một loại trường năng lượng mới chưa được khám phá.

Điều đáng kinh ngạc là toàn bộ những gì con người biết và có thể quan sát trực tiếp chỉ là một phần rất nhỏ của thực tại. Các nguyên tử tạo nên mọi thứ quen thuộc xung quanh chúng ta – từ cơ thể con người đến những ngọn núi và ngôi sao – chỉ là "mảnh ghép nhỏ" trong một bức tranh vũ trụ rộng lớn hơn rất nhiều.

Việc tìm hiểu vật chất tối và năng lượng tối không chỉ nhằm giải đáp một câu hỏi thiên văn, mà còn giúp con người hiểu rõ hơn về nguồn gốc, cấu trúc và tương lai của vũ trụ. Có thể một trong những khám phá vĩ đại nhất của khoa học tương lai sẽ đến từ việc giải mã hai bí ẩn đang chi phối phần lớn vũ trụ nhưng vẫn nằm ngoài tầm nhìn của chúng ta.