Tìm ra 'thế giới người khổng lồ' 13 tỉ năm tuổi

[miro1510]

Quay ngược mô hình tiến hóa vũ trụ được xây dựng trên khối kiến thức thiên văn khổng lồ của nhân loại ngày nay, một nhóm khoa học gia đã thành công trong việc khám phá những người khổng lồ gấp 10.000 lần Mặt Trời.

Theo tờ Space, ngày nay những "người khổng lồ" vĩ đại nhất trong thế giới các vì sao cũng chỉ nặng gấp chục lần Mặt Trời của chúng ta. Những ngôi sao cực lớn đó vô cùng hiếm hoi. Nhưng 13 tỉ năm trước, "tổ tiên" của chúng hoàn toàn khác.

Từ lâu, các nhà thiên văn đã xác định được cách mà các ngôi sao ngày nay tồn tại, được vây quanh bởi những thế giới có tính chất hóa học phong phú như Trái Đất: Trải qua nhiều thế hệ sao chết đi và để lại di sản ngày một phong phú cho thế hệ sau, y như cách muôn loài tiến hóa.

Ảnh đồ họa về vũ trụ sơ khai hoang dã với siêu tân tinh khổng lồ, các lỗ đen quái vật phát sáng... - Ảnh: ESA

Để tìm hiểu những ngôi sao đầu tiên đã ra đời như thế nào, nhóm khoa học gia từ Trường Cao học Khoa học thuộc Đại học Kyoto và Trường Cao học Khoa học thuộc Đại học Tohoku (Nhật Bản) đã dùng một mô phỏng máy tính tinh vi để "quay ngược" thời gian vũ trụ.

Họ chọn khám phá "thời kỳ đen tối", sau vụ nổ Big Bang vài trăm triệu năm, khi thế hệ sao ra đời "từ hư không".

Mô hình máy tính này bao gồm tất cả thành phần vũ trụ thông thường: Vật chất tối giúp phát triển các thiên hà, sự tiến hóa và kết khối của khí trung tính, bức xạ có thể làm mát hoặc làm nóng khí...

Ngoài ra, nó còn một thứ đặc biệt quan trọng với các ngôi sao đầu tiên: Những dòng vật chất lạnh, chuyển động nhanh, đâm sầm vào các cấu trúc đã hình thành sẵn.

Họ phát hiện có một mạng lưới phức tạp tồn tại trước thế hệ sao đầu tiên: Khí trung hòa bắt đầu kết tụ. Vũ trụ sơ khai nghèo nàn chủ yếu chỉ có hydro và heli, nhưng chúng lại là thứ giải phóng nhiệt giúp các khối khí trung tính này ngày càng đạt đến mật độ cao hơn.

Các cụm mật độ cao dẫn trở nên rất ấm, tạo bức xạ phá vỡ khí trung tính và ngăn không cho nó phân mảnh thành nhiều cụm nhỏ hơn. Vì vậy, những ngôi sao được ra đời từ các cụm này cực lớn, với kích thước phổ biến khoảng 10.000 lần Mặt Trời, tức gấp 1.000 lần các ngôi sao lớn nhất ngày nay.

Đó sẽ là những ngôi sao cực kỳ sáng và có thời gian sống cực ngắn, chưa đầy 1 triệu năm. Trong cái chết dữ dội dưới dạng siêu tân tinh vĩ đại hơn các siêu tân tinh ngày nay rất nhiều, những "người khổng lồ" sơ khai này bắt đầu tuôn ra vũ trụ những sản phẩm mà chúng tạo ra từ phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi - là những nguyên tố nặng hơn hydro và heli.

Chu trình này lặp lại liên tục trong vũ trụ và 13 tỉ năm sau, vũ trụ sở hữu những ngôi sao bé nhỏ hơn rất nhiều nhưng chứa thành phần hóa học vô cùng phong phú, bao gồm nhiều nguyên tố nặng hơn.

Nhưng cũng vì vũ trụ đầy những nguyên tố nặng, các cụm khí trung hòa không bao giờ đủ nóng và kết tụ đủ lớn để tạo ra những con quái vật khổng lồ nữa.

Nghiên cứu vừa được công bố trực tuyến trên kho dữ liệu khoa học arXiv và đang chờ được bình duyệt bởi Monthly Notices of the Royal Astronomical Society để xuất bản chính thức.