Nước trong vũ trụ có thể hình thành gần Big Bang hơn so với dự đoán trước đây

Ai cũng biết trong vũ trụ có nước nhưng chắc chắn bạn sẽ ngạc nhiên khi nó xuất hiện sớm hơn nhiều so với suy đoán, đặc biệt gần Big Bang.

Sự sống như chúng ta biết lần đầu tiên xuất hiện trong vũ trụ khi nào?

Chúng ta không biết chắc chắn, nhưng câu trả lời có liên quan chặt chẽ đến thời điểm nước lần đầu tiên có mặt trong vũ trụ — và các mô phỏng mới cho thấy thế hệ sao đầu tiên đã giúp hình thành nên nguồn nước mang lại sự sống như vậy chỉ từ 100 triệu đến 200 triệu năm sau Vụ nổ lớn - Big Bang. Điều này đẩy lùi các ước tính hơn 500 triệu năm trước đó.

Các phát hiện cho thấy rằng nếu một số lượng nước ban đầu này sống sót sau sự hỗn loạn "nóng bỏng" của quá trình hình thành thiên hà ban đầu, thì nó có thể được hấp thụ vào các hành tinh mới sinh, có khả năng dẫn đến những thế giới có thể ở được với nguồn nước dồi dào chỉ vài trăm triệu năm sau Vụ nổ lớn. Tất cả đều liên quan đến câu chuyện về cách sự sống ban đầu có thể bắt đầu trong vũ trụ.

Các quan sát trước đây từ Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ở Chile cho thấy nước tồn tại khoảng 780 triệu năm sau Vụ nổ lớn, khi vũ trụ trẻ chứa đầy hydro và heli nhẹ cùng với một lượng nhỏ lithium. Các nguyên tố này hình thành nên thế hệ sao đầu tiên, được các nhà thiên văn học gọi là sao Population III, có khối lượng rất lớn — gấp hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lần khối lượng mặt trời của chúng ta — và có tuổi thọ đáng kể trước khi chết dưới dạng siêu tân tinh. Nhiều nguyên tố nặng hơn của vũ trụ, bao gồm oxy, được hình thành bên trong các ngôi sao này thông qua phản ứng hạt nhân và được phân phối vào không gian khi chúng chết, nơi  mà sau đó chúng được đưa vào thế hệ sao tiếp theo.

Để xác định thời điểm nước đầu tiên hình thành trong vũ trụ, đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng các mô hình số để theo dõi vòng đời của hai ngôi sao thế hệ đầu tiên: một ngôi sao nặng hơn Mặt trời của chúng ta 13 lần và ngôi sao khác nặng hơn Mặt trời 200 lần. Ngôi sao ảo nhỏ hơn tồn tại trong 12,2 triệu năm trước khi chết trong một siêu tân tinh bùng nổ, giải phóng khoảng 0,051 oxy của khối lượng Mặt trời (gần 17.000 khối lượng Trái đất) vào không gian xung quanh. Ngôi sao mô phỏng lớn hơn đã đốt cháy nhiên liệu của nó chỉ trong 2,6 triệu năm trước khi gặp kết cục bùng nổ, giải phóng 55 oxy của khối lượng Mặt trời (hơn 18 triệu khối lượng Trái đất) vào không gian.

Các mô phỏng cho thấy khi sóng xung kích từ mỗi siêu tân tinh phát ra bên ngoài, các dao động mật độ hỗn loạn tạo ra những gợn sóng khiến một số khí kết tụ thành các cục dày đặc. Những cục còn sót lại này, được làm giàu bằng kim loại bao gồm oxy do siêu tân tinh đẩy ra, có khả năng là những địa điểm chính để nước hình thành trên khắp vũ trụ sơ khai.

Nằm trong các phần dày đặc hơn của đám mây, nước sẽ được bảo vệ khỏi bị phá hủy bởi bức xạ khắc nghiệt từ các ngôi sao gần đó. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã xem xét trường hợp đơn giản nhất là chỉ có một ngôi sao hình thành trong mỗi cụm, trong khi các mô phỏng lý thuyết cho thấy nhiều hệ sao là chuẩn mực; hơn một nửa số ngôi sao trên bầu trời có một hoặc nhiều ngôi sao anh chị em. Nhiều ngôi sao gần đó sẽ có nghĩa là các cụm dày đặc hơn, giàu nước hơn, nhưng cũng có nhiều bức xạ hơn.

Đây là những câu hỏi đầu tiên mà các nhà nghiên cứu khoa học vũ trụ cố gắng trả lời, nhưng họ cần nhiều người hơn nữa tìm hiểu sâu hơn về chủ đề này và khám phá chi tiết hơn.