3.1 Đường Cong Quay Của Thiên Hà: Có Thể Khớp Mà Không Cần Vật Chất Tối

Trang chủ ／ Chương 3: Vũ trụ vĩ mô (V5.05)

Ghi chú thuật ngữ
Trong phần này, “lực kéo bổ sung” ở rìa đĩa thiên hà được giải thích là hệ quả kết hợp của Trọng lực tenxơ thống kê (STG)—độ lệch hấp dẫn trung bình theo thời gian do Hạt bất ổn tổng quát (GUP) gây ra trong suốt vòng đời hữu hạn của chúng—và Nhiễu cục bộ tenxơ (TBN)—năng lượng nhiễu băng thông rộng, độ kết hợp thấp được bơm vào môi trường khi các hạt này phân rã hoặc hủy. Từ đây về sau, chỉ dùng đầy đủ các tên tiếng Việt.

I. Hiện Tượng Và Bài Toán Nan Giải

1. Đĩa ngoài “phẳng” bất thường: Ở ngoài rìa đĩa quang học, vật chất nhìn thấy rất thưa, trực giác cho rằng vận tốc quay phải giảm theo bán kính. Tuy nhiên, quan sát lại cho thấy các bệ vận tốc phẳng kéo dài và duy trì ở mức cao.
2. Hai quan hệ “chặt” khác thường:
   • Tổng khối lượng nhìn thấy và vận tốc đặc trưng của đĩa ngoài gần như năm trên một đường duy nhất với sai lệch rất nhỏ.
   • Tại mỗi bán kính, tổng lực hướng tâm gần như đi đôi một–một với lực do vật chất nhìn thấy, cũng có sai lệch rất thấp.
3. Đa dạng nhưng thống nhất: Hình dạng đường cong đa biến—tâm nhọn hay tâm lõm, bán kính và độ cao bệ khác nhau, hoa văn chi tiết đa dạng—và chịu ảnh hưởng rõ rệt từ môi trường cùng lịch sử sự kiện. Tuy vậy, chúng vẫn tuân theo hai quan hệ chặt nêu trên, gợi ý một cơ chế nền tảng chung.
4. Giới hạn của cách tiếp cận truyền thống: Có thể “lắp” thêm thành phần vô hình để khớp từng thiên hà, nhưng thường phải chỉnh tham số riêng cho từng đối tượng. Hơn nữa, khó giải thích được độ phân tán cực nhỏ của hai quan hệ chỉ bằng “lịch sử hình thành khác nhau”.

Ý chính: “Lực kéo bổ sung” ở đĩa ngoài không nhất thiết do thêm vật chất. Nó có thể nảy sinh từ phản ứng thống kê của môi trường vũ trụ.

II. Một “Địa Hình Tenxơ” Với Ba Đóng Góp

1. Độ dốc trong lõi (Dẫn dắt bởi vật chất nhìn thấy)
   Sao và khí tạo nên độ dốc tenxơ hướng vào tâm trong “trường nền năng lượng”, cung cấp dẫn dắt hướng tâm cơ bản. Độ dốc này suy giảm nhanh theo bán kính nên một mình nó không thể giữ được bệ phẳng ở đĩa ngoài.
   Điểm tựa quan sát: Tỷ số khối lượng–độ sáng và mức tập trung của mật độ bề mặt khí; càng tập trung, đoạn tăng vận tốc ở trong càng “nhọn”.
2. Độ dốc cộng thêm đã làm mượt (Trọng lực tenxơ thống kê)
   Trong vòng đời của mình, Hạt bất ổn tổng quát tạo ra những “lực kéo” nhỏ đối với trường tenxơ của môi trường. Các “kéo” này chồng chất và trung bình theo không–thời gian, tạo nên một độ lệch bền vững và mượt trong thế tenxơ.
   Tính chất chính:
   • Phân bố mượt: Suy giảm chậm theo bán kính và vẫn đủ mạnh ở đĩa ngoài để đỡ bệ vận tốc.
   • Đồng điều với mức hoạt động: Cường độ tăng khi tốc độ hình thành sao (SFR) cao, có va chạm/hỗn loạn, trao đổi khí, và lực cắt do thanh/thanh tay xoắn mạnh.
   • Khóa tự củng cố: Nhiều “nguồn cung” và khuấy trộn → hoạt động tăng → độ dốc cộng thêm mạnh hơn → thang vận tốc ở đĩa ngoài được “khóa”.
     Điểm tựa quan sát: Mật độ bề mặt tốc độ hình thành sao, độ mạnh của “thanh” thiên hà, dòng hoàn lưu khí, và dấu vết va chạm, đều tương quan với độ cao/độ dài của bệ.
3. Hoa văn biên độ thấp (Nhiễu cục bộ tenxơ)
   Khi Hạt bất ổn tổng quát phân rã hoặc hủy, chúng bơm vào môi trường những gói sóng băng thông rộng, độ kết hợp thấp. Chúng cộng hưởng thành nền nhiễu khuếch tán, làm tăng lượn sóng nhỏ và mở rộng bề rộng vận tốc ở đĩa ngoài nhưng không làm thay đổi tính “phẳng trung bình”.
   Điểm tựa quan sát: Quầng vô tuyến/tàn tích vô tuyến, cấu trúc khuếch tán tương phản thấp, và “độ hạt sạn” trong trường vận tốc—đều tăng cùng hướng với trục va chạm hay vùng cắt.

Trực giác phân vùng theo bán kính

• Vùng trong (R ≲ 2–3 Rd): Vật chất nhìn thấy chi phối; Trọng lực tenxơ thống kê chỉ tinh chỉnh → quyết định “nhọn” hay “lõm”.
• Vùng chuyển tiếp: Hai đóng góp tương đương → đường cong chuyển từ dốc sang phẳng; vị trí chuyển đổi dịch chuyển theo mức hoạt động và lịch sử.
• Vùng ngoài (bệ phẳng): Tỷ phần của Trọng lực tenxơ thống kê tăng → bệ vận tốc cao và kéo dài, kèm hoa văn nhẹ.

Kết luận: Bệ phẳng ở đĩa ngoài ≈ dẫn dắt bởi vật chất nhìn thấy + Trọng lực tenxơ thống kê; lượn nhỏ ở rìa ≈ Nhiễu cục bộ tenxơ.

III. Vì Sao Hai Quan Hệ Lại “Chặt” Như Vậy

• Khối lượng–vận tốc gần như một đường: Vật chất nhìn thấy vừa cung cấp “nguồn” vừa tạo “khuấy trộn”, quyết định mức hoạt động tổng thể của Hạt bất ổn tổng quát; mức hoạt động này lại đặt thang vận tốc của bệ. Do cùng một nguyên nhân, khối lượng nhìn thấy và vận tốc đặc trưng của đĩa ngoài biến thiên đồng bộ, nên độ phân tán nhỏ.
• Tương ứng lực theo bán kính: Tổng lực hướng tâm = dẫn dắt bởi vật chất nhìn thấy + độ dốc cộng thêm mượt của Trọng lực tenxơ thống kê. Vùng trong “do vật chất nhìn thấy chi phối”, trong khi vùng ngoài tỷ phần Trọng lực tenxơ thống kê tăng dần. Sự chuyển giao mượt theo bán kính tạo nên tương ứng gần một–một.
  Kiểm định trực quan: Tại cùng bán kính, ánh xạ “phần dư động lực học” lên cắt của khí/bụi và cường độ vô tuyến khuếch tán; kỳ vọng tương quan cùng hướng.

Tóm lại: Hai quan hệ chặt là hai phép chiếu khác nhau của cùng một “địa hình tenxơ”: một trong mặt phẳng “khối lượng–vận tốc”, một trong mặt phẳng “bán kính–lực kéo”.

IV. Vì Sao Tâm Thiên Hà Vừa Có “Nhọn” Vừa Có “Lõm”

• Cơ chế làm phẳng: Hoạt động kéo dài—va chạm, bùng nổ sao, cắt mạnh—“làm mềm” địa hình tenxơ cục bộ, giảm độ dốc trong, tạo tâm lõm.
• Cơ chế làm sắc: Hố thế sâu + nguồn cung ổn định + nhiễu nhẹ giúp khôi phục/duy trì tâm nhọn.

Kết luận: “Nhọn” và “lõm” là hai trạng thái biên của cùng một mạng tenxơ dưới lịch sử sự kiện và môi trường khác nhau.

V. Đặt Nhiều Quan Sát Lên Cùng Một “Bản Đồ Tenxơ” (Hướng Dẫn Thực Hành)

1. Những đại lượng nên đồng đăng ký:
   • Độ cao và độ dài theo bán kính của bệ vận tốc trên đường cong quay
   • Hướng kéo dãn và độ lệch tâm của các đường đẳng κ trong thấu kính hấp dẫn yếu/mạnh
   • Các sọc cắt và cánh không Gauss trong trường vận tốc khí
   • Cường độ và hướng của quầng/tàn tích vô tuyến khuếch tán
   • Hướng của phân cực/đường sức từ (dấu vết cắt dài hạn)
2. Tiêu chí đồng bản đồ:
   • Đồng hướng không gian: Các đại lượng trên đồng vị trí/đồng hướng theo trục va chạm, trục “thanh”, hoặc tiếp tuyến tay xoắn.
   • Nhất quán theo thời kỳ: Giai đoạn hoạt động, phát xạ vô tuyến khuếch tán tăng trước (nhiễu), sau đó—trong khoảng hàng chục đến hàng trăm triệu năm—bệ cao hơn/dài hơn (lực kéo). Giai đoạn yên tĩnh, cả hai giảm theo thứ tự ngược lại.
   • Trung lập xuyên dải: Sau khi hiệu chỉnh tán sắc môi trường, hướng của bệ và phần dư trùng nhau giữa các dải phổ vì cùng do địa hình tenxơ quyết định.

VI. Dự Đoán Có Thể Kiểm Chứng (Từ Quan Sát Đến Quy Trình Khớp)

1. P1 | Nhiễu tăng trước, lực kéo theo sau (Trình tự thời gian)
   Dự đoán: Sau bùng nổ hay va chạm, phát xạ vô tuyến khuếch tán tăng trước (Nhiễu cục bộ tenxơ), rồi—trong ~10⁷–10⁸ năm—độ cao và bán kính của bệ tăng (Trọng lực tenxơ thống kê).
   Quan sát: Khớp liên thời kỳ và theo các vành, định lượng độ trễ giữa nhiễu và biến đổi của bệ.
2. P2 | Phụ thuộc môi trường (Mẫu không gian)
   Dự đoán: Theo trục có cắt mạnh hoặc trục va chạm, bệ dài và cao hơn, trường vận tốc “hạt sạn” hơn.
   Quan sát: So sánh đường cong theo “lát quạt” và các lát cắt khuếch tán dọc trục “thanh” và trục va chạm.
3. P3 | Đối soát liên mô hình (Đa bản đồ)
   Dự đoán: Trục dài của κ, đỉnh của cắt vận tốc, các dải vô tuyến và trục chính của phân cực đồng hướng.
   Quan sát: Đăng ký bốn bản đồ cùng hệ tọa độ và tính độ tương đồng cosin của các vectơ.
4. P4 | Dạng phổ ở đĩa ngoài
   Dự đoán: Phổ công suất của phần dư vận tốc ở đĩa ngoài có độ dốc nhẹ ở miền tần số trung–thấp, đặc trưng cho Nhiễu cục bộ tenxơ băng thông rộng, độ kết hợp thấp.
   Quan sát: Đối chiếu vị trí đỉnh và độ dốc giữa phổ phần dư và phổ vô tuyến khuếch tán.
5. P5 | Quy trình khớp (Tiết kiệm tham số)
   Bước thực hiện:
   • Dùng quang trắc và phân bố khí để đặt tiên nghiệm cho độ dốc trong do vật chất nhìn thấy.
   • Dùng chỉ báo tốc độ hình thành sao, chỉ dấu va chạm, độ mạnh “thanh” và cắt để đặt tiên nghiệm cho biên độ/quy mô của Trọng lực tenxơ thống kê.
   • Dùng phát xạ vô tuyến khuếch tán và mức “hoa văn” để đặt tiên nghiệm cho độ mở rộng do Nhiễu cục bộ tenxơ.
   • Khớp toàn bộ đường cong với một bộ tham số ít nhưng dùng chung, rồi đối chiếu chéo với bản đồ thấu kính và trường vận tốc.
     Mục tiêu: Một bộ tham số cho nhiều tập dữ liệu—tránh chỉnh tay theo từng đối tượng.

VII. So Sánh Trực Quan Trong Đời Thường

Một đoàn xe đi trong luồng gió thuận:

• Động cơ là dẫn dắt bởi vật chất nhìn thấy.
• Luồng gió thuận là Trọng lực tenxơ thống kê, suy giảm chậm theo khoảng cách nhưng vẫn giữ tốc độ.
• Gợn mặt đường là Nhiễu cục bộ tenxơ, tạo “hạt sạn” nhẹ trên đường cong.
• Bảng điều khiển: bướm ga (nguồn cung), “bảo dưỡng mặt đường” (mức cắt/hoạt động), và duy trì luồng gió thuận (biên độ độ dốc cộng thêm).

VIII. Liên Hệ Với Khung Giải Thích Truyền Thống

• Lộ trình giải thích khác: Cách nhìn truyền thống quy “lực kéo bổ sung” cho một thành phần vô hình bổ sung. Ở đây, nó được quy về phản ứng thống kê của môi trường: độ dốc cộng thêm mượt do Trọng lực tenxơ thống kê và hoa văn biên độ thấp do Nhiễu cục bộ tenxơ.
• Tiết kiệm tham số hơn: Ba đại lượng đồng nguồn chi phối kết quả—nguồn cung nhìn thấy, khuấy trộn dài hạn và độ lệch tenxơ được duy trì—giảm nhu cầu chỉnh tham số theo từng thiên hà.
• Một bản đồ, nhiều phép chiếu: Đường cong quay, thấu kính hấp dẫn, động lực học khí và phân cực đều là những góc nhìn khác nhau của cùng một “bản đồ tenxơ”.
• Bao dung chứ không đối kháng: Dù sau này phát hiện thêm thành phần mới, nó cũng chỉ là một nguồn gốc vi mô. Với các đặc trưng chính của đường cong quay, hiệu ứng thống kê của môi trường đã đủ cho một phép khớp thống nhất.

IX. Kết Luận

Một “địa hình tenxơ” duy nhất có thể giải thích bệ phẳng ở đĩa ngoài, hai quan hệ chặt, sự cùng tồn tại của tâm nhọn và tâm lõm, cũng như khác biệt hoa văn nhỏ:

• Vật chất nhìn thấy định hình độ dốc nền ở vùng trong.
• Trọng lực tenxơ thống kê tạo một độ dốc cộng thêm, mượt và bền, suy giảm chậm, đỡ được vận tốc ở đĩa ngoài và “khóa” thang vận tốc vào khối lượng nhìn thấy qua cùng nguồn gốc.
• Nhiễu cục bộ tenxơ thêm “hạt sạn” biên độ thấp mà không làm thay đổi bệ tổng thể.

Tóm lại: Bài toán đường cong quay chuyển từ “phải thêm bao nhiêu vật chất vô hình” sang “đọc cách địa hình tenxơ chung được liên tục nhào nặn”. Dưới cơ chế môi trường thống nhất này, bệ phẳng, các quan hệ chặt, hình thái tâm và phụ thuộc môi trường không còn là những câu đố rời rạc mà là những biểu hiện khác nhau của cùng một tiến trình vật lý.