Các lỗ đen siêu khối lượng là những thành phần nội tại trong hầu hết các dải ngân hà thuộc vũ trụ, nhưng cho đến tận bây giờ, các nhà thiên văn học vẫn chưa thể lý giải một cách thấu đáo về nguồn gốc, cũng như tác động của nó đến sự phát triển của dải ngân hà.
Để làm rõ những nghi vấn này, giới khoa học đang ngày càng dồn nhiều sự chú ý vào các mô hình vũ trụ giả định, được tạo ra từ các siêu máy tính mạnh nhất trên thế giới hiện nay.
Các mô hình vũ trụ giả định này, nếu sớm được công bố, sẽ là chìa khóa tới bí ẩn lớn nhất trong giới thiên văn học ngày nay.
Mạng lưới vật chất tối
Vũ trụ ngày nay chính là do các vật chất tối tạo nên. Thứ vật chất vô hình này chiếm tới 84,5% tổng khối lượng của tất cả các loại vật chất trong vũ trụ và mặc dù thế, nó không hề tương tác với các bức xạ dạng sóng-từ (mà ví dụ điển hình chính là ánh sáng).
Tuy được cho là cấu thành từ các hạt vật chất phi baryon, nhưng loại vật chất này không hề tạo ra bất cứ hiệu ứng trọng lượng nào mà mắt thường có thể trực tiếp nhìn thấy. Chúng ta biết rằng nó tồn tại, nhưng chúng ta không thể quan sát thấy nó.
Do vật chất tối là thứ cơ bản tạo nên hình hài vũ trụ, nên nó buộc phải là thứ đóng vai trò trung tâm trong tất cả các quy trình mô phỏng vũ trụ quy mô lớn.
Kiến tạo vũ trụ ảo
Trong dự án đầy tham vọng này, một đội ngũ các nhà khoa học đến từ khắp nơi trên thế giới đã sử dụng một mạng lưới siêu máy tính để tạo ra một hệ thống vũ trụ ảo, với quy mô trước nay chưa từng thấy.
Dự án này có tên là “Illustris-The Next Generation”. Quá trình mô phỏng này dựa trên các quy luật vật lý cơ bản, và nó cho chúng ta thấy mạng lưới vật chất tối đã tiến triển và kiến tạo nên vũ trụ từ sau vụ nổ Big Bang như thế nào.
Các nhà khoa học đã sử dụng hệ thống code AREPO, một hệ thống code rất mạnh trên nền hệ thống máy tính Hazel Hen, cỗ máy được đặt tại Đức.
Đây là hệ thống có quy mô lớn nhất tính tới thời điểm hiện tại, nó chạy trên 24.000 bộ vi xử lý, mất tới hai tháng để hoàn thiện và có khả năng thiết lập mô hình sự hình thành của hàng triệu vũ trụ trên quy mô giả định lên tới 1 tỷ năm ánh sáng.
Nói một cách đơn giản hơn, chúng ta có thể hình dung rằng các nhà khoa học đã “ném” tất cả nguyên liệu có thể vào môi trường giả định đó, và để cho các quy luật vật lý vũ trụ cơ bản tự quyết định xem hình hài vũ trụ sẽ là như thế nào. Và kết quả thực sự làm nhiều người bất ngờ.
Kết quả này được trình bày dưới dạng các bài nghiên cứu được công bố trên tờ tạp chí Royal Astronomical Society, và nó đã cho thấy vai trò của các lỗ đen trong sự hình thành của dải thiên hà.
Các thiên hà đang trong thời kỳ hình thành sao luôn tràn ngập ánh sáng của các vì sao non trẻ đang thành hình. Khi thời gian trôi đi, sự hình thành sao sụt giảm nhanh chóng, và do đó chỉ còn lại các ngôi sao đỏ tồn tại trong thiên hà sắp tan biến.
Các nhà khoa học đã luôn đặt câu hỏi về sự biến đổi trong quá trình hình thành sao này, và với mô hình vũ trụ trong dự án IllustrisTNG, họ hi vọng sẽ tìm thấy câu trả lời cho mình.
“Thực thể duy nhất có khả năng dập tắt sự hình thành sao trong dải thiên hà là các lỗ đen khổng lồ nằm tại vị trí trung tâm thiên hà.” - Dylan Nelson, nhà nghiên cứu thiên văn học thuộc học viên Max Planck cho biết.
“Dòng lực hút siêu nhanh này có thể đạt tốc độ lên tới 1/10 tốc độ ánh sáng, và nó ảnh hưởng tới các hệ sao khổng lồ với kích thước lớn gấp hàng tỉ lần chính lỗ đen trung tâm.”
Mô hình giả lập vũ trụ này có thể giúp đưa ra một góc nhìn trực quan về vũ trụ. Với dự án IllustrisTNG, các nhà thiên văn học đã có thêm một thứ công cụ vô cùng mạnh mẽ, nhằm giúp họ hiểu rõ hơn về các hiện tượng kỳ bí trong vũ trụ, và rất có thể, sẽ giúp họ tìm ra chìa khóa lý giải cho sự hình thành và mở rộng không ngừng của vũ trụ nơi chúng ta đang sinh sống.
Tham khảo: Howstuffworks