Ở quy mô lớn nhất, các thiên hà không phân tán ngẫu nhiên. Thay vào đó, chúng tạo thành một mô hình gọi là mạng lưới vũ trụ. Trên thực tế, đây là mô hình lớn nhất được tìm thấy trong tự nhiên, với các thiên hà tụ lại với nhau để tạo thành các cụm, xâu chuỗi chúng theo các sợi kéo dài hàng chục triệu năm ánh sáng ở một cạnh và kéo dài dọc theo các bức tường rộng ngăn cách các vùng rộng lớn của vũ trụ với nhau.
Đây là các khoảng trống vũ trụ. Các khoảng trống nhỏ nhất có chiều ngang khoảng 20 triệu năm ánh sáng ở một cạnh và các khoảng trống lớn nhất có chiều dài lên tới hàng trăm triệu năm ánh sáng. Chúng là các sa mạc vũ trụ thực sự. Nhưng giống như các sa mạc trên Trái đất, chúng không hoàn toàn trống rỗng. Vậy có gì trong các khoảng trống vũ trụ này?
Trong các khoảng trống, các quan sát tinh vi có thể phát hiện ra những dấu hiệu mờ nhạt của các cấu trúc, như các thiên hà lùn nhỏ, mờ rải rác trên các vùng không gian rộng lớn. Mô phỏng máy tính cho thấy rằng câu chuyện còn nhiều điều hơn thế nữa.
Ngoài vật chất thông thường, còn có vật chất tối. Chúng ta chỉ có thể nhìn thấy các khối vật chất tối có mật độ cao vì chúng có đủ lực hấp dẫn để kéo vật chất thông thường biến thành các ngôi sao và thiên hà để chiếu sáng các quan sát của chúng ta. Và trong các khoảng không, đơn giản là không có đủ mật độ vật chất tối, vì vậy không có gì thực sự phát sáng.
Nhưng các mô phỏng máy tính cho thấy có những sợi và tua của vật chất tối đan chéo nhau trong các khoảng không như tiếng vọng yếu ớt của mạng lưới vũ trụ lớn, lặp lại ở dạng thu nhỏ.
Tuy nhiên, có những vùng sâu trong các khoảng không vũ trụ mà ngay cả vật chất tối cũng không thể xuyên qua. Đây là những vùng có mật độ thấp nhất trong toàn bộ vũ trụ.
Tuy nhiên, nếu bạn làm việc đủ chăm chỉ và đủ kiên nhẫn, bạn sẽ phát hiện ra một chút vật chất. Mật độ trung bình chung của vũ trụ là khoảng một nguyên tử hydro trên một mét khối, và ở những góc sâu nhất của các khoảng không, mật độ trung bình thấp hơn 100 lần so với con số đó. Vì vậy, bạn có thể bơi qua các khoảng không sâu nhất và bắt gặp một nguyên tử hydro duy nhất trong không gian, chẳng hạn như toàn bộ sân bóng đá.
Có một thứ khác lấp đầy các khoảng không: bức xạ. Nền vi sóng vũ trụ — ánh sáng còn sót lại từ khi vũ trụ chỉ mới 380.000 năm tuổi — thấm đẫm toàn bộ vũ trụ, lấp đầy từng centimet khối. Nó tạo nên phần lớn bức xạ trong vũ trụ. Dù bạn đi đâu, bạn cũng không thể thoát khỏi bức xạ nền vi sóng vũ trụ.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
—Các khoảng trống vũ trụ có thể giải thích sự tăng tốc của vũ trụ mà không cần năng lượng tối
—Mạng lưới vũ trụ tối đến mức nào?
—Vũ trụ có một mô hình nào không?
Nhưng bức xạ đó rất cũ và bị dịch chuyển đỏ rất sâu vào các dải vi sóng. Về cơ bản, nó không mang năng lượng, vì vậy nó hầu như không được tính.
Điều đó chỉ còn lại một thành phần khác của các phần sâu nhất của các khoảng không. Đó là một thành phần rất yếu, nhưng lại là thành phần quan trọng đối với vũ trụ: năng lượng tối. Năng lượng tối chiếm khoảng 70% tổng mật độ năng lượng của vũ trụ, nhưng trong hầu hết các cấu trúc dày đặc, như các thiên hà và cụm sao, bạn không bao giờ biết nó ở đó.
Tuy nhiên, sâu trong các khoảng không, năng lượng tối chiếm ưu thế. Đó là thứ duy nhất còn lại. Điều này có nghĩa là mặc dù các khoảng không thiếu vật chất, nhưng chúng lại chứa đầy năng lượng tối. Và chính trong các khoảng không, năng lượng tối đang thực hiện công việc xé toạc vũ trụ.
Đây là các khoảng trống vũ trụ. Các khoảng trống nhỏ nhất có chiều ngang khoảng 20 triệu năm ánh sáng ở một cạnh và các khoảng trống lớn nhất có chiều dài lên tới hàng trăm triệu năm ánh sáng. Chúng là các sa mạc vũ trụ thực sự. Nhưng giống như các sa mạc trên Trái đất, chúng không hoàn toàn trống rỗng. Vậy có gì trong các khoảng trống vũ trụ này?
Trong các khoảng trống, các quan sát tinh vi có thể phát hiện ra những dấu hiệu mờ nhạt của các cấu trúc, như các thiên hà lùn nhỏ, mờ rải rác trên các vùng không gian rộng lớn. Mô phỏng máy tính cho thấy rằng câu chuyện còn nhiều điều hơn thế nữa.
Ngoài vật chất thông thường, còn có vật chất tối. Chúng ta chỉ có thể nhìn thấy các khối vật chất tối có mật độ cao vì chúng có đủ lực hấp dẫn để kéo vật chất thông thường biến thành các ngôi sao và thiên hà để chiếu sáng các quan sát của chúng ta. Và trong các khoảng không, đơn giản là không có đủ mật độ vật chất tối, vì vậy không có gì thực sự phát sáng.
Nhưng các mô phỏng máy tính cho thấy có những sợi và tua của vật chất tối đan chéo nhau trong các khoảng không như tiếng vọng yếu ớt của mạng lưới vũ trụ lớn, lặp lại ở dạng thu nhỏ.
Tuy nhiên, có những vùng sâu trong các khoảng không vũ trụ mà ngay cả vật chất tối cũng không thể xuyên qua. Đây là những vùng có mật độ thấp nhất trong toàn bộ vũ trụ.
Tuy nhiên, nếu bạn làm việc đủ chăm chỉ và đủ kiên nhẫn, bạn sẽ phát hiện ra một chút vật chất. Mật độ trung bình chung của vũ trụ là khoảng một nguyên tử hydro trên một mét khối, và ở những góc sâu nhất của các khoảng không, mật độ trung bình thấp hơn 100 lần so với con số đó. Vì vậy, bạn có thể bơi qua các khoảng không sâu nhất và bắt gặp một nguyên tử hydro duy nhất trong không gian, chẳng hạn như toàn bộ sân bóng đá.
Có một thứ khác lấp đầy các khoảng không: bức xạ. Nền vi sóng vũ trụ — ánh sáng còn sót lại từ khi vũ trụ chỉ mới 380.000 năm tuổi — thấm đẫm toàn bộ vũ trụ, lấp đầy từng centimet khối. Nó tạo nên phần lớn bức xạ trong vũ trụ. Dù bạn đi đâu, bạn cũng không thể thoát khỏi bức xạ nền vi sóng vũ trụ.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN
—Các khoảng trống vũ trụ có thể giải thích sự tăng tốc của vũ trụ mà không cần năng lượng tối
—Mạng lưới vũ trụ tối đến mức nào?
—Vũ trụ có một mô hình nào không?
Nhưng bức xạ đó rất cũ và bị dịch chuyển đỏ rất sâu vào các dải vi sóng. Về cơ bản, nó không mang năng lượng, vì vậy nó hầu như không được tính.
Điều đó chỉ còn lại một thành phần khác của các phần sâu nhất của các khoảng không. Đó là một thành phần rất yếu, nhưng lại là thành phần quan trọng đối với vũ trụ: năng lượng tối. Năng lượng tối chiếm khoảng 70% tổng mật độ năng lượng của vũ trụ, nhưng trong hầu hết các cấu trúc dày đặc, như các thiên hà và cụm sao, bạn không bao giờ biết nó ở đó.
Tuy nhiên, sâu trong các khoảng không, năng lượng tối chiếm ưu thế. Đó là thứ duy nhất còn lại. Điều này có nghĩa là mặc dù các khoảng không thiếu vật chất, nhưng chúng lại chứa đầy năng lượng tối. Và chính trong các khoảng không, năng lượng tối đang thực hiện công việc xé toạc vũ trụ.
