Lúc bắt đầu, đã có hydrogen và helium. Được tạo ra trong ba phút đầu tiên sau Big Bang, những nguyên tố này làm phát sinh ra tất cả các nguyên tố khác trong vũ trụ. Các vì sao là những phân xưởng thực hiện công việc này. Qua sự nhiệt hạch hạt nhân, các ngôi sao đã tạo ra các nguyên tố như carbon, oxygen, magnesium, silicon và các chất liệu thô khác cần thiết cho việc sản xuất các hành tinh và cuối cùng là sự sống.
Một mô hình do máy tính tạo ra thể hiện ngôi sao đầu tiên trông như thế nào. Ảnh: Ralf Kaehler và Tom Abel
Nhưng những ngôi sao đầu tiên đó trông như thế nào? Nghiên cứu mới từ trường Đại học Columbia cho biết toàn bộ mấu chốt của vấn đề là phản ứng đơn giản sau đây:
H- + H --> H2 + electron
“Để theo dõi chuỗi sự kiện giải thích làm thế nào chúng ta có mặt ở đây, chúng ta cần phải tìm hiểu sự bắt đầu đó”, phát biểu của Daniel Wolf Savin, một nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Thiên văn vật lí thuộc Đại học Columbia. Công trình của Savin và các cộng sự của ông đã công bố trong số ra ngày 02/07 của tạp chí Science.
Nghiên cứu của Savin mô tả chi tiết một phản ứng hóa học chủ chốt xảy ra trong vũ trụ khoảng một triệu năm sau Big Bang. Phản ứng đó, gọi là sự phân li kết hợp, cho phép các đám mây trong vũ trụ nguội đi, đặc lại và hình thành nên những ngôi sao đầu tiên.
“Để tìm hiểu những ngôi sao đầu tiên đã hình thành như thế nào, chúng ta cần phải biết các đám mây mang lại sự ra đời của chúng đã nguội đi như thế nào. Hydrogen phân tử (H2) phát bức xạ nhiệt ra khỏi các đám mây, nên chúng ta cần phải biết có bao nhiêu H2 trong đám mây. Điều này hóa ra đòi hỏi phải tìm hiểu quá trình hóa học mà qua đó H2 hình thành. Đó là cái chúng tôi đã đo được”, Savin nói.
H2 được hình thành khi hai nguyên tử hydrogen đến gần nhau và liên kết với nhau để tạo ra một phân tử. Nhóm của Savin đã đo được xác suất này. Các kết quả của ông cho thấy khả năng cho điều này xảy ra cao hơn các tính toán lí thuyết và thí nghiệm trước đây chỉ ra.
“Sai số trước đây ở phản ứng này làm hạn chế khả năng của chúng ta dự đoán xem một đám mây khí có hình thành nên một ngôi sao hay không, và nếu cò thì khối lượng của ngôi sao đó sẽ là bao nhiêu”, Savin nói. “Đó là một cái quan trọng cần định lượng, vì khối lượng của một ngôi sao xác định các nguyên tố nó sẽ tổng hợp ra”.
Khối lượng theo dự đoán của những ngôi sao đầu tiên phụ thuộc vào các điều kiện ban đầu của những đám mây nguyên thủy mà chúng hình thành từ đó. Những điều kiện này rất không xác định và vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu sôi nổi. Bằng cách so sánh các dự đoán mô hình với các quan sát vũ trụ, các nhà thiên văn có thể phỏng đoán rằng những điều kiện ban đầu này phải là gì. Nhưng độ chính xác của những ước đoán này phụ thuộc nhiều vào kiến thức của chúng ta về các phản ứng hóa học cơ sở, đặc biệt là những phản ứng mà Savin và nhóm của ông đã đo. Với dữ liệu mới có trong tay, các nhà vũ trụ học sẽ có thể xác định tốt hơn xem những điều kiện ban đầu gì trong vũ trụ sơ khai dẫn tới sự hình thành của những ngôi sao đầu tiên.
- Nguyễn Vi Na (theo PhysOrg.com)
