Hiện nay, ánh sáng từ các vì sao và thiên hà đã thắp sáng bầu trời đêm. Nhưng vào thời điểm ngay sau vụ nổ Big Bang, cách đây khoảng 13,8 tỉ năm, vũ trụ hoàn toàn không sáng – Ảnh: AI
Theo Live Science, vụ nổ Big Bang không chỉ khai sinh ra vật chất, mà còn tạo ra không gian và thời gian. Ban đầu, toàn bộ vật chất và năng lượng trong vũ trụ được nén vào một điểm siêu nhỏ, siêu đậm đặc. Khi vũ trụ bắt đầu giãn nở, năng lượng ấy dần nguội đi, cho phép các hạt cơ bản đầu tiên hình thành trong vòng chưa đầy một giây sau Big Bang.
Ánh sáng bị “giam cầm” suốt 380.000 năm
Tuy các hạt ánh sáng photon được hình thành rất sớm, nhưng trong khoảng 380.000 năm đầu tiên, ánh sáng không thể lan tỏa khắp không gian. Lý do là vũ trụ khi đó quá nóng, các electron di chuyển quá nhanh khiến không thể gắn kết với các hạt nhân để tạo thành nguyên tử.
Kết quả là vũ trụ trở thành một “nồi xúp” dày đặc, nơi ánh sáng bị tán xạ liên tục bởi các electron tự do, giống như ánh sáng trong lõi Mặt trời hiện nay bị giữ lại hàng triệu năm trước khi thoát ra bề mặt.
Chỉ khi vũ trụ giãn nở và nguội đến khoảng 3.000 Kelvin (tương đương 2.725°C), các electron mới bắt đầu kết hợp với hạt nhân để tạo thành nguyên tử trung hòa. Lúc này, các photon mới được tự do di chuyển, và đó là lần đầu tiên ánh sáng thực sự được “giải phóng” trong vũ trụ.
Ánh sáng phát ra ở thời điểm đó từng có bước sóng gần hồng ngoại hoặc khả kiến, nhưng sau hơn 13 tỉ năm giãn nở, nó đã bị kéo giãn thành sóng cực dài, gọi là bức xạ nền vi sóng vũ trụ (CMB). Đây là ánh sáng cổ nhất mà con người từng phát hiện, lần đầu được quan sát vào năm 1964.
Việc phân tích bức xạ nền vi sóng đã giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cấu trúc lớn của vũ trụ, bao gồm sự phân bố của các thiên hà và những khoảng trống khổng lồ giữa chúng.
Vũ trụ đã từng trải qua “kỷ nguyên bóng tối”
Sau khi ánh sáng đầu tiên trong vũ trụ được giải phóng, tức thời điểm mà các photon có thể tự do lan truyền khắp không gian, vũ trụ không lập tức trở nên rực rỡ như bầu trời đêm đầy sao mà chúng ta thấy ngày nay. Trái lại, nó bước vào một giai đoạn dài được gọi là “kỷ nguyên bóng tối vũ trụ”.
Đây là thời kỳ đặc biệt kéo dài hàng trăm triệu năm, khi vũ trụ gần như hoàn toàn tối đen và lạnh lẽo. Ánh sáng đã có thể tồn tại và lan truyền, nhưng lại không có nguồn phát sáng rõ rệt như các ngôi sao hay thiên hà.
Không gian khi đó chỉ chứa các nguyên tố đơn giản nhất là hydro và heli, những thành phần cơ bản được hình thành sớm nhất sau vụ nổ Big Bang. Các nguyên tố này tồn tại dưới dạng khí loãng, chưa đủ điều kiện để hình thành các thiên thể có thể phát ra ánh sáng.
Thời kỳ đen tối đó chỉ kết thúc khi lực hấp dẫn dần dần kéo các đám mây khí khổng lồ lại gần nhau. Qua hàng trăm triệu năm, những vùng khí này trở nên đủ đậm đặc để sụp đổ vào chính trọng tâm của mình, nhiệt độ và áp suất tăng cao, từ đó kích hoạt phản ứng nhiệt hạch, quá trình tương tự như trong lõi Mặt trời ngày nay, tạo ra những ngôi sao đầu tiên trong lịch sử vũ trụ.
Khoảng 1 tỉ năm sau vụ nổ Big Bang, những ngôi sao sơ khai này bắt đầu phát ra ánh sáng, làm tan dần bóng tối nguyên thủy bao trùm không gian. Khi số lượng ngôi sao tăng lên, chúng liên kết thành các cụm, rồi hình thành những thiên hà đầu tiên.
Đây chính là thời khắc mà các nhà khoa học gọi là “bình minh vũ trụ”, đánh dấu thời điểm ánh sáng thực sự lan tỏa khắp không gian vũ trụ và thiết lập nền móng cho một vũ trụ đầy sao như chúng ta biết ngày nay.