Một giây sau Big Bang: Sự khởi sinh của các lỗ đen, sao boson và sao ‘ăn thịt’ đầu tiên
Trước khi các hạt nhân nguyên tử kết hợp với nhau, ít nhất một giây sau Big Bang, các hạt ngưng tụ thành các quầng vật chất, các quầng đó sau đó có thể có va chạm, tạo ra những lỗ đen, các ngôi sao boson, và cái gọi là các ngôi sao ‘ăn thịt’ đầu tiên.
Đây là kết luận của một nghiên cứu mới được xuất bản trên tạp chí Physical Review D, do một nhóm nghiên cứu ở SISSA – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, hợp tác với INFN, IFPU, và ĐH Warsaw.
Bắt đầu từ giả thuyết này, do một số mô hình vũ trụ học đề xuất, là ở những pha sớm nhất của vũ trụ này, là một Kỷ nguyên lấn át của vât chất sớm ngắn ngủi (EMDE), các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về cách các hạt tương tác với nhau. Họ khám phá ra là những tương tác này có thể ‘nuôi nấng’ vô cùng nhiều dạng thiên thể. Nghiên cứu này, do đó, đã chứng tỏ là thậm chí trong những thời khắc đầu tiên sau Big Bang, vũ trụ này có thể lập tức là một sân khấu phô diễn của một hiện tượng học vật lý phức tạp và phong phú.
Ngay sau lạm phát: Những gì diễn ra tiếp theo
Những tiên tiến gần đây trong vũ trụ học đã giúp tái cấu trúc một cách chi tiết lịch sử của vũ trụ, từ sự giãn nở ban đầu nhanh chóng được coi là lạm phát đến tổng hợp hạt nhân nguyên thủy, sự hình thành của hạt nhân nguyên tử đầu tiên nặng hơn hydrogen, xuất hiện vào thời điểm khoảng 10 giây đến 20 phút sau Big Bang. Thời kỳ trung gian, tuy nhiên vẫn còn chưa được khám phá.
Như các nhà nghiên cứu giải thích “Một khả thể thú vị là trong khoảng thời gian này, vật chất lấn át vũ trụ theo thời gian”. Trong kịch bản này, các quầng vật chất có thể được hình thành một cách tự nhiên. Hơn nữa, nếu các hạt có thể tương tác với hạt khác, sự tương tác sau đó có thể dẫn đến một sự suy sụp nhiệt hấp dẫn, dẫn đến kết quả là các vật thể bị nén chặt như các lỗ đen và các cấu trúc vũ trụ kỳ lạ khác.
Các cấu trúc lạ tại bình minh vũ trụ
Giữa các vật thể bị nén chặt đó, các nhà nghiên cứu để xuất là có thể hình thành các ngôi sao ‘ăn thịt’. Các ngôi sao ăn thịt cũng tương tự như các ngôi sao thông thường, ngoại trừ việc nó được cung cấp năng lượng thông qua quá trình tự hủy diệt thay vì từ phản ứng nhiệt hạch hạt nhân.
Cùng thời điểm đó, các tác giả viết, các ngôi sao boson cũng có thể được hình thành, nơi bản chất lượng tử của các hạt hỗ trợ sự hình thành sao. Các ngôi sao này có thể phổ biến trong một vũ trụ mới khởi sinh chỉ một vài giây trước khi suy sụp thành các lỗ đen nguyên thủy (PBHs). Ngoài ra, các lỗ đen nguyên thủy cũng có thể được hình thành một cách trực tiêp từ sự suy sụp của các quầng vật chất.
Các giả thuyết mới về các lỗ đen nguyên thủy
Theo nghiên cứu mới, các quầng được hình thành trong một EMDE có mhoois lượng nhỏ (nhỏ hơn 10²⁸ grams) và, theo sau sự suy sụp nhiệt hấp dẫn, có thể được tạo ra ngay cả các lỗ đen nguyên thủy nhỏ hơn. Sử dụng một mô hình lý thuyết đơn giản, họ đã chứng tỏ là trong một số trường hợp, các lỗ đen nguyên thủy có thể được tạo ra quá nhiều, vi phạm các giới hạn quan sát; trong những trường hợp khác, các lỗ đen nguyên thủy có khối lượng tương đương tiểu hành tinh cũng có thể hình thành, có tiềm năng là tất cả các vật chất tối trong vũ trụ.
Cuối cùng, một số lỗ đen nguyên thủy có thể bốc hơi nhanh chóng, biến mất trước quá trình tổng hợp hạt nhân nguyên thủy mà trước khi hình thành các nguyên tử nhẹ như hydrogen và helium.
Những tầm nhìn mới về vũ trụ
Các kết quả cũng mở ra những tầm nhìn rộng hơn. Như các tác giả kết luận, “Có thể thú vị khi khám phá sự hình thành của các ngôi sao ‘ăn thịt’ và các ngôi sao boson trong vũ trụ ngày nay, thông qua sự suy sụp của các quầng vật chất tối tự tương tác. Tuy nhiên, dẫu chỉ là suy đoán, việc nghiên cứu về sự hình thành sao và đĩa bồi tụ trong những mô hình hạt đơn giản có thể đem lại những cái nhìn mới vào các quá trình vật lý thiên văn phức tạp đã định hình vũ trụ của chúng ta”.
Anh Vũ dịch từ Viện Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati
