Như bạn biết đấy, chúng ta có thể nhìn các dải thiên hà (bằng kính thiên văn Hubble) và thấy vận tốc mà chúng quay. Chúng ta cũng có thể tính toán có bao nhiêu vì sao trong các khối thiên hà ấy. Vấn đề là, chỉ với từng ấy vật chất, quay với từng ấy vận tốc, sẽ khiến chúng bị văng tách khỏi nhau. Ngay cả khi ta tính thêm các hành tinh, bụi, và cả lỗ đen, vẫn chẳng thể đủ khối lượng vật chất để các thiên hà ở lại bên nhau. Ngay cả gần đủ cũng còn xa lắm. Nếu vậy thì chẳng còn thiên hà nào nữa, chỉ còn một đám vì sao lạc lõng lang thang. Ờ mà các thiên hà vẫn tồn tại cơ mà, vậy chắc hẳn phải có thứ gì đó mà ta không nhìn thấy giữ lại chúng chứ.
(Theo thuyết tương đối sức nặng bẻ cong không gian, làm vật “trượt” trên đường cong đó và hướng về phía chúng, đó chính là lực hấp dẫn. Vật càng nặng, không gian bị bẻ cong càng nhiều, lực hút càng lớn. Chúng giữ cho các ngân hà tạo thành các “khối” và vị trí như hiện tại, vốn có xu hướng thoát ly khối tâm do sự tự quay. OP muốn nói với từng này vật chất quan sát được, khối lượng không đủ nặng để làm việc trên)
Đối thủ nặng ký tranh giành định nghĩa “thứ gì đó” chính là đám vật chất không buồn tương tác với vật chất thông thường hoặc năng lượng nhưng vẫn tạo ra lực hút như vật chất thông thường. Chúng ta gọi cái giả định đó là vật chất tối, và đang cố tìm ra nó là cái gì.
Bằng việc quan sát chuyển động của các thiên hà và khối lượng quan sát được chứa trong chúng, chúng ta có thể ước lượng cần bao nhiêu lực hút để khiến chúng đừng chia ly, và chính nhờ nó mà ta biết được khối lượng của đám vật chất tối.
Năng lượng thì được dùng một cách quan sát khác hơn. Có một loại siêu tân tinh gọi là 1A, vốn là quá trình phát nổ của sao lùn trắng. Như ta đã biết sao lùn trắng phát nổ khi đạt tới lượng vật chất nhất định [Sao lùn hấp thụ vật chất từ các vật thể xung quanh nhờ lực hút khủng khiếp của nó], vụ nổ luôn luôn tương tự, và thế là mỗi siêu tân tinh loại 1A lại sêm sêm nhau về độ sáng lẫn quang phổ.
Nhờ việc chúng có cùng độ sáng, ta có thể tính mất bao lâu để chúng phai màu kể từ khi chúng xuất hiện. Bởi vì chúng có cùng màu, ta có thể tính chúng di chuyển nhanh thế nào ra xa chúng ta – di chuyển càng nhanh, chúng sẽ càng đỏ – và chúng ta gọi đó là sự dịch chuyển đỏ. (Dù nguồn sáng có di chuyển với tốc độ nào và hướng nào đi chăng nữa, ánh sáng phát ra từ nó vẫn di chuyển với vận tốc như nhau, nó hướng tới chúng ta dưới dạng các dải sóng ánh sáng, khiến cho chúng có màu xanh nếu gần ta hơn, và màu đỏ nếu xa ta hơn)
(Hiệu ứng kể trên là hiệu ứng Doppler, sẽ giải thích ở dưới)
Nếu vũ trụ xuất phát từ một khối đặc và rồi rời xa nhau với một vận tốc bất biến, thì chúng ta có thể cho rằng dịch chuyển đỏ – hay tốc độ chúng xa rời chúng ta – sẽ y hệt những thiên hà bất kể ở gần hay xa chúng ta. Nhưng những siêu tân tinh 1A phai màu ( xa hơn ) không hề đỏ tới vậy. Hãy nhớ những siêu tân tinh ở rất xa mà chúng ta đang quan sát chính là chúng khi vũ trụ còn rất trẻ. Việc chúng không hề đỏ như những ngôi sao gần hơn nghĩa là chúng có tốc độ thấp hơn khi chạy ra xa chúng ta, và điều đó nói cho chúng ta biết rằng vũ trụ thời ngày xửa ngày xưa giãn nở với tốc độ chậm hơn hiện tại. Và khi chúng ta nhìn vào những thời điểm càng xa xưa, tốc độ càng chậm lại.
Vậy rõ ràng sự giãn nở của vũ trụ đã được tăng tốc lên. Nhưng phải có thứ gì tăng tốc nó chứ. Gì á? Chúng ta chịu nhé. Nhưng tất cả sự gia tốc như chúng ta biết đều được gây ra bởi năng lượng, nên chúng ta gọi cái chịu-nhé-không-tìm-ra này là năng lượng tối.
Tính toán cần bao nhiêu vụ nổ để tăng tốc, và cần bao nhiêu năng lượng để làm điều đó với các giải ngân hà cho chúng ta biết xấp xỉ lượng năng lượng tối trong vũ trụ.
Dài quá ngại đọc: Chúng ta tính ra lượng vật chất tối thông qua tính toán trọng trường đủ để đám thiên hà không bỏ nhà ra đi. Chúng ta biết được cần bao nhiêu năng lượng tối nhờ vào biết được để vũ trụ giãn nở với tốc độ như hiện tại chúng ta cần bao nhiêu vụ nổ và năng lượng.
_____________________
Hiệu ứng Doppler: Hiểu đơn giản thì ánh sáng có tính chất sóng, màu sắc ánh sáng quyết định bởi tần số sóng, tần số càng cao, năng lượng ánh sáng càng lớn, màu sắc càng dịch về phía tím, và ngược lại. Khi một vật phát sóng (ở đây là ngôi sao) di chuyển ra xa vật thu (ở đây là chúng ta) thì sóng chúng ta thu được ko đồng nhất với sóng mà ngôi sao đó phát ra. Cụ thể hơn, vì sóng phát ra ở đầu mỗi chu kỳ sớm hơn sóng phát ra ở cuối chu kỳ, dẫn đến thông tin ở đầu chu kỳ chỉ phải đi quãng đường ngắn hơn thông tin được truyền đi mỗi cuối chu kỳ, nên thời gian để vật thu sóng thu được toàn bộ chu kỳ sẽ là chu kỳ của vật phát cộng với hiệu thời gian phải di chuyển của thông tin từ đầu và cuối chu kỳ. Kết quả là chu kỳ thu được ở vật thu lớn hơn chu kỳ phát ra ở vật phát, tần số thu được nhỏ hơn tần số phát ra, dẫn đến quang phổ bị dịch về phía đỏ
