Mô phỏng thành công cấu trúc đầu tiên trong vũ trụ

Mô phỏng máy tính độ phân giải cao hé lộ các "hạt phồng kết tụ", cấu trúc đầu tiên được biến đến trong vũ trụ sơ khai.

Những phần nghìn tỷ giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang, vũ trụ là một môi trường rất khắc nghiệt, được đốt nóng đến hơn một nghìn tỷ độ. Các nhà khoa học không thể quan sát trực tiếp khoảnh khắc này, nhưng có thể tái tạo lại nó bằng cách sử dụng mô phỏng máy tính công suất cao.

Mô phỏng mới, chi tiết hơn bao giờ hết, cho thấy lực hấp dẫn đã làm cho các hạt lượng tử kết tụ với nhau như thế nào để tạo nên cấu trúc đầu tiên trong vũ trụ, được gọi là hạt phồng. Các cấu trúc phức tạp và dày đặc này nặng từ vài gram đến 20 kg nhưng được "đóng gói" trong một không gian còn nhỏ hơn một hạt cơ bản.

"Chúng ta đang khám phá giai đoạn vô cùng phức tạp trong vũ trụ sơ khai, thời kỳ vũ trụ mở rộng nhanh chóng về mặt kích thước. Vào thời điểm đó, vũ trụ chỉ chứa năng lượng và các luồng khí - loại vật chất lượng tử được hình thành từ trường năng lượng lấp đầy không gian sau vụ nổ Big Bang", đồng tác giả của nghiên cứu Richard Easther, Giáo sư vật lý tại Đại học Auckland của New Zealand, cho biết.

Mô phỏng tiết lộ cấu trúc hạt phồng cực nhỏ và dày đặc trong vũ trụ sơ khai. (Ảnh: Jens Niemeyer).

Nhóm nghiên cứu tin rằng các cấu trúc hạt phồng được quan sát thấy trong mô phỏng chính là kết quả của những dao động trong trường năng lượng đó, thứ sau này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các cấu trúc thiên hà quy mô lớn với đường kính có thể lên tới hàng tỷ năm ánh sáng.

Theo Easther, các hạt phồng ít có khả năng tồn tại lâu, vì chúng có thể biến thành các hạt cơ bản chỉ trong vòng một phần giây. Tuy nhiên, với mật độ dày đặc, gấp 100.000 lần so với không gian xung quanh, các chuyển động và tương tác của chúng có thể đã tạo ra những gợn sóng trong cấu trúc của không - thời gian, được gọi là sóng hấp dẫn. Phát hiện này sẽ hữu ích cho các thí nghiệm tìm kiếm sóng hấp dẫn trong tương lai.

Hạt phồng cũng có thể tự sụp đổ dưới trọng lượng của chính chúng, tạo ra những hố đen siêu nhỏ đầu tiên của vũ trụ, được gọi là hố đen nguyên thủy. Các nhà vật lý không nhìn thấy bất kỳ hố đen nào trong các mô phỏng của họ, nhưng dự định chạy mô phỏng lâu hơn và chi tiết hơn trong tương lai để có thể hiển thị các vật thể như vậy.

Chi tiết nghiên cứu đã xuất bản trên tạp chí Physical Review D.

• 2 triệu năm trước, con người đã ăn gì?
• Nghe từ bé đến giờ, đã bao giờ bạn tự hỏi "Âm nhạc tới từ đâu?"
• Nga chế tạo vải "da nhân tạo" để băng vết thương