Bạn đã bao giờ tự hỏi những ngôi sao đầu tiên trong vũ trụ trông như thế nào chưa? Làm thế nào mà chúng hình thành và những gì cung cấp năng lượng cho chúng?
Một nhóm các nhà vật lý đã đề xuất một ý tưởng cấp tiến: những ngôi sao đầu tiên không được cung cấp năng lượng bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân, mà bởi vật chất tối.
Xem thêm
Cách các chuẩn tinh chứng minh Einstein đúng: Vũ trụ chuyển động chậm thở sơ khai
Sóng hấp dẫn: Công cụ tìm kiếm sự sống ngoài Vũ trụ hiệu quả
Vật chất tối là gì và nó cung cấp năng lượng cho các vì sao như thế nào?
Vật chất tối là một chất bí ẩn tạo nên phần lớn vật chất trong vũ trụ, nhưng không tương tác với ánh sáng hay vật chất thông thường. Các nhà khoa học đã phát hiện ra hiệu ứng hấp dẫn của nó, nhưng chưa trực tiếp quan sát thấy nó.
Một trong những ứng cử viên hàng đầu cho vật chất tối là một loại hạt gọi là WIMP, hay các hạt khối lượng lớn tương tác yếu. Những hạt này có thể va chạm và hủy lẫn nhau, giải phóng năng lượng trong quá trình này.
Các nhà vật lý gợi ý rằng trong vũ trụ sơ khai, khi những ngôi sao đầu tiên hình thành từ các đám mây hydro và heli, có một lượng lớn vật chất tối ở những vùng này. Khi các hạt vật chất tối va chạm và hủy diệt, chúng làm nóng khí và kích hoạt sự hình thành sao.
Sao đen to và sáng như thế nào?
Không giống như các ngôi sao bình thường, bị giới hạn bởi tốc độ tổng hợp hạt nhân, các ngôi sao tối có thể phát triển đến kích thước và độ sáng cực lớn. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng các ngôi sao tối có thể có khối lượng gấp một triệu lần khối lượng của mặt trời và sáng hơn một tỷ lần.
Nói một cách dễ hiểu, nếu một ngôi sao tối thay thế mặt trời, bề mặt của nó sẽ vượt ra ngoài quỹ đạo của Sao Thổ. Nó cũng sẽ phát ra nhiều ánh sáng đến mức có thể nhìn thấy từ các thiên hà khác.
Điều gì xảy ra với các Ngôi sao bóng tối khi chúng hết nhiên liệu?
Những ngôi sao tối không phải là vĩnh cửu. Cuối cùng, chúng tiêu thụ tất cả vật chất tối trong vùng lân cận và ngừng phát triển. Tại thời điểm này, chúng hoặc sụp đổ thành lỗ đen hoặc chuyển sang phản ứng tổng hợp hạt nhân và trở thành những ngôi sao bình thường.
Các nhà vật lý lập luận rằng các ngôi sao tối có thể cung cấp hạt giống cho các lỗ đen siêu lớn được tìm thấy ở trung tâm của hầu hết các thiên hà. Những lỗ đen này có khối lượng hàng triệu hoặc hàng tỷ mặt trời và được cho là đã hình thành trong vũ trụ sơ khai.
Làm thế nào chúng ta có thể kiểm tra lý thuyết này?
Lý thuyết về các ngôi sao tối rất hấp dẫn, nhưng nó phải đối mặt với một số thách thức. Một trong số đó là một trong bốn vật thể được quan sát từ vũ trụ sơ khai không phù hợp với mô hình sao tối. Vật thể này có tên JADES-GS-z10-0, có độ sáng rất cao nhưng cũng có dấu hiệu của các nguyên tố nặng, được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Các nhà nghiên cứu cho rằng JADES-GS-z10-0, có thể là một ngoại lệ hoặc một ngôi sao thế hệ sau được hình thành từ tàn dư của một ngôi sao tối. Họ cũng đề xuất rằng nếu ba vật thể kia thực sự là những ngôi sao tối, thì chúng phải có những đặc điểm quang phổ đặc biệt mà các kính viễn vọng trong tương lai có thể phát hiện được.
Nghiên cứu được đăng trên: Proceedings of the National Academies of Science