Vật thể đầu tiên xé toang bóng tối nguyên sơ của vũ trụ sau sự kiện Big Bang là chiếc lõi nhỏ xíu của một ngôi sao. Nhưng ngay sau đó, nó nhanh chóng phình to gấp hàng triệu lần và đạt kích thước gấp hàng trăm lần Mặt trời.

Thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ đã “sống” rất vất vả và “chết” nhanh. Mặt trời của chúng ta có thể sống tới 5 tỷ năm, nhưng thế hệ sao đầu tiên có lẽ chỉ tồn tại khoảng một triệu năm.

Các nhà khoa học cho rằng vũ trụ được sinh ra từ một vụ nổ lớn (Big Bang) cách đây khoảng 13,7 tỷ năm và không ngừng giãn nở kể từ thời điểm đó. Nhưng họ chưa tìm ra câu trả lời thuyết phục về quá trình hình thành của những ngôi sao đầu tiên sau sự kiện này.

Các nhà thiên văn học tại Đại học Nagoya (Nhật Bản) và Đại học Harvard (Mỹ) đã xây dựng một mô hình phức tạp trên máy tính để nghiên cứu quá trình hình thành của thế hệ sao đầu tiên từ khí hydro và heli.

“Giới khoa học cho rằng những ngôi sao đó là nguồn sáng đầu tiên và cũng là nơi đầu tiên có những nguyên tố nặng như carbon, oxy và sắt”, Naoki Yoshida thuộc Đại học Nagoya phát biểu.

Theo tiến sĩ Lars Hernquist của Đại học Harvard, vào thời gian đó, vũ trụ có chỉ nhỏ bằng 1/20 kích thước hiện tại. Những nguyên tố tồn tại trong vũ trụ khi ấy chỉ có hydro, heli và lithium. Những nguyên tố đó lặng lẽ phát tán ra khắp vũ trụ, nhưng một vài khu vực có nồng độ cao hơn những nơi khác.

Những ngôi sao đầu tiên trên mô hình máy tính. (Ảnh: Reuters)

Những tác động của lực hấp dẫn từ những khối khí ban đầu tạo ra ngày càng nhiều vật chất theo thời gian. Những đám mây hydro và heli bị hút lại gần nhau và tạo thành nhân của thế hệ sao đầu tiên.

Các nhà nghiên cứu cho rằng “lõi sao” đầu tiên được sinh ra vào khoảng 300 triệu năm sau vụ nổ lớn. Những phản ứng hạt nhân bên trong lõi biến nó thành vật thể sáng đầu tiên trong giai đoạn mà các nhà thiên văn gọi là “kỷ nguyên bóng tối của vũ trụ”. Ban đầu trọng lượng của nó chỉ bằng 1% Mặt trời, nhưng chỉ trong vòng 10 nghìn năm, nó trở thành một ngôi sao lớn có trọng lượng gấp ít nhất 100 lần Mặt trời.

Mặc dù không một ngôi sao nào trong thế hệ đầu tiên tồn tại tới ngày nay, ảnh hưởng của chúng đối với vũ trụ vẫn còn. Quá trình hình thành thế hệ sao đầu tiên đã tổng hợp nên những nguyên tố nặng đầu tiên của vũ trụ. Khi chết đi, những ngôi sao đó giải phóng những nguyên tố nặng vào vũ trụ. Lượng vật chất này trở thành nền tảng cơ bản cho những ngôi sao và hành tinh mới.

Hernquist khẳng định những ngôi sao đầu tiên đã nổ tung trước khi chết hoặc tự co rút về phía lõi để tạo thành các hố đen.