Bình minh vũ trụ

Những hình ảnh do các nhà khoa học tại Học viện vũ trụ học điện toán Đại học Durham xây dựng thể hiện “bình minh vũ trụ” – sự hình thành của những thiên hà đầu tiên trong vũ trụ.

Bình minh vũ trụ bắt đầu khi những thiên hà được hình thành từ những mảnh vụn của các ngôi sao lớn, nổ tung một thời gian ngắn sau khi vũ trụ hình thành. Tính toán tại Durham dự đoán nơi những thiên hà này hình thành và sự phát triển của chúng cho đến ngày nay, hơn 13 tỷ năm sau. Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng những phát hiện của họ, nhấn mạnh về những thiên hà hình thành từ sao, sẽ cải thiện hiểu biết của họ về vật chất tối – một loại chất bí ẩn được cho là hình thành nên 80% khối lượng của vũ trụ.

Trọng lực được hình thành từ vật chất tối là một yếu tố cần thiết trong sự hình thành thiên hà và qua việc nghiên cứu tác động của nó các nhà khoa học có thể tìm hiểu thêm về bản chất của vật chất này.

Các nhà khoa học sử dụng máy tính để mô phỏng sự xuất hiện của Vũ trụ 500 triệu năm sau vụ nổ Big Bang (Ảnh: Đại học Durham).

Nghiên cứu được công bố trên thông báo hàng tháng của Hiệp hội thiên văn học hoàng gia và do Hội đồng khoa học và công nghệ (STFC) cùng Ủy ban châu Âu tài trợ. Nghiên cứu kết hợp sự mô phỏng trên quy mô lớn thể hiện làm thế nào các cấu trúc phát triển trong vật chất tối cùng một mô hình thể hiện những vật chất bình thường, ví dụ như khí, hoạt động, nhằm dự đoán về sự phát triển của thiên hà. Khí chịu tác động từ trọng lực của vật chất tối và bị làm nóng lên trước khi giải phóng bức xạ và biến thành những ngôi sao.

Những bức ảnh mô phỏng cho thấy thiên hà nào tạo sao mạnh mẽ nhất tại một thời điểm nhất định. Mặc dù các thiên hà lớn hơn tại thời điểm hiện tại, tốc độ mà chúng hình thành sao đã giảm đáng kể khi so sánh với tốc độ hình thành sao ở thời điểm ban đầu của Vũ trụ.

Tính toán của nhóm nghiên cứu Durham, với sự hỗ trợ của các nhà khoa học tại Đại học Catolica, Santiago, Chile, có thể được kiểm tra dựa trên những quan sát quay lại những giai đoạn ban đầu trong lịch sử vũ trụ, khoảng 1 tỷ năm sau Big Bang.

Tác giả chính, Alvaro Orsi, một nghiên cứu sinh tại Học viện vũ trụ học điện toán (ICC) Đại học Durham, cho biết: “Chúng tôi đang nhìn lại quá khứ và qua đó chúng tôi hy vọng có thể tìm hiểu thêm về những thiên hà giống như thiên hà của chúng ta, cũng như có thêm kiến thức mới về vật chất tối”.

Sự có mặt của vật chất tối là chìa khóa để xây dựng các thiên hà – không có nó chúng ta sẽ không thể tồn tại như ngày nay”.

Đồng tác giả tiến sĩ Carlton Baugh, một nhà nghiên cứu của Hiệp hôi hoàng gia, thuộc ICC tại Đại học Durham, nhận định: “Nghiên cứu của chúng tôi dự đoán thiên hà nào đang phát triển qua sự hình thành sao ở những thời điểm khác nhau trong lịch sử của vũ trụ và làm thế nào những thiên hà này liên quan đến vật chất tối”.

“Chúng tôi nhập vào máy tính những gì chúng tôi nghĩ là công thức cho sự hình thành thiên hà và chúng tôi quan sát kết quả rồi so sánh với những quan sát thiên hà thực”.

Giáo sư Keith Mason, chủ tịch của hội đồng khoa học và công nghệ, cho biết: “Vũ trụ học điện toán đóng vai trò quan trọng trong hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ. Những mô phỏng như vậy không chỉ cho phép chúng ta nhìn lại quá khứ của vũ trụ mà chúng bổ sung cho các nghiên cứu và quan sát của các nhà thiên văn học”.