Các nhà vật lý ở Đại học California, Los Angeles (UCLA) đã đề xuất những lý thuyết mới về cách mà những lỗ đen đầu tiên của vũ trụ hình thành và vai trò của chúng trong việc tạo ra các nguyên tố nặng như vàng, bạch kim và uranium.
Một câu hỏi đã có từ lâu trong vật lý thiên văn là những lỗ đen đầu tiên trong vũ trụ hình thành ngay sau Big Bang chưa tới 1 giây hay là chúng hình thành sau đó vài triệu năm khi những ngôi sao đầu tiên chết đi.
Alexander Kusenko - giáo sư vật lý của UCLA, và Eric Cotner - một sinh viên đã tốt nghiệp, đã phát triển một lý thuyết mới đơn giản trong đó gợi ý rằng các lỗ đen đầu tiên đã ra đời rất nhanh sau Big Bang, rất lâu trước khi những ngôi sao đầu tiên phát sáng.
Các nhà thiên văn học từng gợi ý rằng những lỗ đen nguyên thủy này có thể là nơi chứa toàn bộ hoặc một phần vật chất tối bí ẩn của vũ trụ và chúng có thể là "hạt giống" của những lỗ đen siêu năng ở trung tâm các thiên hà. Trong khi đó, lý thuyết mới nêu trên đề xuất rằng các lỗ đen nguyên thủy có thể tham gia trong việc tạo thành nhiều nguyên tố nặng của tự nhiên.
Các nhà nghiên cứu đã khởi đầu từ việc xem xét một trường năng lượng thống nhất tràn ngập vũ trụ ngay sau Big Bang. Họ trông đợi có sự tồn tại của một trường như vậy trong quá khứ xa xôi. Sau khi vũ trụ giãn nở một cách nhanh chóng, trường năng lượng này được phân tách thành các cụm. Lực hấp dẫn khiến cho các cụm này kéo về phía nhau và hợp nhất. Các nhà nghiên cứu UCLA đề xuất rằng một tỷ lệ nhỏ trong số những cụm này đã trở nên đậm đặc đủ để trở thành lỗ đen.
Trong bài báo công bố nghiên cứu này, các tác giả cho rằng có thể tìm kiếm các lỗ đen nguyên thủy qua các quan sát thiên văn. Một phương pháp có thể sử dụng là đo sự thay đổi độ sáng rất nhỏ của một ngôi sao do hiệu ứng hấp dẫn của một lỗ đen nguyên thủy khi nó đi ngang qua giữa Trái Đất và ngôi sao. Hồi đầu năm nay, các nhà thiên văn học Mỹ và Nhật Bản đã công bố một bài báo về việc khám phá một ngôi sao trong một thiên hà gần có sự sáng lên và tối đi rất chính xác như có một lỗ đen nguyên thủy đã đi qua phía trước nó.
Trong một nghiên cứu độc lập, Kusenko cùng Volodymyr Takhistov - một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của UCLA, và George Fuller - một giáo sư ở UC San Diego, đã đề xuất rằng các lỗ đen nguyên thủy có thể đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành của các nguyên tố nặng như vàng, bạc, bạch kim và uranium - những thứ mà sau đó đã đi tới thiên hà của chúng ta và cả những thiên hà khác.
Nguồn gốc của những nguyên tố nặng đó đã là một bí ẩn lớn đối với các nhà nghiên cứu trong suốt một thời gian dài.
"Các nhà khoa học biết rằng những nguyên tố này tồn tại, nhưng họ không chắc chúng ra đời ở đâu," Kusenko nói. "Đó thực sự là một việc đau đầu."
Nghiên cứu mới gợi ý rằng một lỗ đen nguyên thủy có thể va chạm với một sao neutron và chìm vào phía trong của nó. Sau đó, lỗ đen sẽ tiêu hủy sao neutron từ bên trong - một quá trình diễn ra trong khoảng 10.000 năm. Khi sao neutron bị phá hủy dần như vậy, nó quay càng nhanh hơn và cuối cùng sẽ khiến một số phần của nó bị tách khỏi và văng ra. Những mẩu vật chất giàu neutron này có thể là nơi mà các neutron kết hợp để tạo thành các nguyên tố nặng, Kusenko nói.
Tuy nhiên, khả năng một sao neutron bắt giữ một lỗ đen như vậy là rất thấp, điều đó chỉ phù hợp với việc quan sát một số thiên hà đang được làm giàu bởi nguyên tố nặng. Lý thuyết về việc lỗ đen nguyên thủy va chạm với sao neutron để tạo ra nguyên tố nặng cũng giải thích việc không có nhiều sao neutron ở trung tâm của thiên hà chúng ta - một bí ẩn khác đã có từ lâu của vật lý thiên văn.
Mùa đông này, Kusenko và các đồng nghiệp của ông sẽ hợp tác với các nhà khoa học ở Đại học Princeton để xây dựng các mô phỏng máy tính về quá trình tạo thành các nguyên tố nặng trong va chạm giữa sao neutron và lỗ đen. Bằng cách so sánh kết quả thu được từ những mô phỏng này với các quan sát nguyên tố nặng trong các thiên hà gần, các nhà nghiên cứu hi vọng có thể xác định được xem có đúng là các lỗ đen nguyên thủy đã tạo ra vàng, bạch kim và uranium trên Trái Đất hay không.
L.C
Theo Space Daily
