Giải mã sự hình thành của những chuẩn tinh đầu tiên trong vũ trụ

Bí ẩn về sự hình thành của các chuẩn tinh đầu tiên trong vũ trụ - điều đã khiến các nhà khoa học trăn trở trong gần 20 năm qua - hiện đã được giải đáp bởi một nhóm các nhà vật lý thiên văn với phát hiện được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Nature.

Sự tồn tại của hơn 200 chuẩn tinh được truyền năng lượng bởi các hố đen siêu khối lượng hình thành hơn 1 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang vẫn là một trong những vấn đề nổi bật trong lĩnh vực vật lý thiên văn, khi mà giới khoa học chưa thể hiểu đầy đủ chúng hình thành thế nào ở thời điểm sớm như vậy.

Mới đây, một nhóm chuyên gia dẫn đầu bởi Tiến sĩ Daniel Whalen từ Đại học Portsmouth (Anh) đã phát hiện ra rằng, các chuẩn tinh đầu tiên hình thành một cách tự nhiên trong điều kiện hỗn loạn và dữ dội của các đám mây khí gas thủa sơ khai của vũ trụ.

“Khám phá này đặc biệt thú vị vì nó đã đảo ngược suy nghĩ của chúng ta trong 20 năm qua về nguồn gốc của các hố đen siêu lớn đầu tiên trong vũ trụ”, Tiến sĩ Whalen cho biết.

Các hố đen siêu khối lượng được phát hiện ở trung tâm của hầu hết các thiên hà khổng lồ ngày nay, và khối lượng của chúng có thể lớn gấp hàng triệu hoặc hàng tỷ lần Mặt trời. Tuy nhiên, năm 2003, các nhà khoa học bắt đầu tìm thấy các chuẩn tinh - những hố đen siêu khối lượng rất sáng, liên tục tích tụ giống như những ngọn hải đăng khổng lồ trong vũ trụ sơ khai.

“Những chuẩn tinh này hình thành gần 1 tỷ năm sau vụ nổ Big Bang, và chưa ai hiểu chúng hình thành như thế nào vào thời kỳ sớm như vậy”, Tiến sĩ Whalen cho hay.

Một vài năm trước, các mô phỏng siêu máy tính cho thấy các chuẩn tinh đầu tiên có thể hình thành tại các điểm giao nhau của các dòng khí hiếm, lạnh và mạnh mẽ. Chỉ một ít trong số này tồn tại trong một vùng không gian trải dài một tỷ năm ánh sáng, nhưng hố đen chứa trong đó khi mới sinh ra đã có khối lượng lớn gấp 100.000 lần Mặt trời. Các hố đen ngày nay hình thành khi các ngôi sao khổng lồ cạn kiệt nhiên liệu và sụp đổ, nhưng chúng thường chỉ có khối lượng gấp 10-100 lần Mặt trời.

Các nhà vật lý thiên văn từ lâu đã đưa ra giả thuyết rằng, nhiều ngôi sao có khối lượng gấp 10.000-100.000 lần Mặt trời đã hình thành trong vũ trụ sơ khai nhưng chỉ trong các môi trường kỳ lạ, đặc biệt như nồng độ tia cực tím mạnh hoặc các luồng siêu âm giữa khí gas và vật chất tối, không giống với các đám mây khí hỗn loạn nơi mà các chuẩn tinh cổ xưa nhất hình thành.

Tiến sĩ Whalen cho biết, các mô hình siêu máy tính đã truy ngược trở về thời kỳ rất sớm của vũ trụ và phát hiện ra rằng, các dòng khí lạnh với mật độ dày đặc có khả năng hình thành 1 tỷ hố đen có khối lượng tương tự Mặt trời chỉ trong vài trăm triệu năm đã tạo ra các ngôi sao siêu khối lượng của riêng chúng mà không cần phải có môi trường đặc biệt.

Những dòng khí lạnh này đã gây ra sự hỗn loạn trong đám mây khí ngăn không cho các ngôi sao bình thường hình thành cho tới khi đám mây khí này trở nên quá nặng và sụp đổ thảm khốc dưới sức nặng của chính nó, tạo thành 2 ngôi sao nguyên thủy khổng lồ - một ngôi sao có khối lượng lớn gấp 30.000 lần Mặt trời và một ngôi sao khác lớn gấp 40.000 lần.

“Do đó, những đám mây nguyên thủy duy nhất có thể hình thành chuẩn tinh ở thời kỳ bình minh vũ trụ cũng thuận tiện tạo ra những hạt giống khổng lồ của riêng chúng. Kết quả đơn giản và tuyệt vời này không chỉ giúp lý giải nguồn gốc của những chuẩn tinh đầu tiên mà còn làm rõ số lượng của chúng trong vũ trụ sơ khai”, Tiến sĩ Whalen cho hay.