Bài toán mở

Các ngôi sao đầu tiên (Population III) trông như thế nào?

Các ngôi sao đầu tiên hình thành từ khí hydro–heli nguyên chất không có kim loại để làm nguội, nên mô hình dự đoán chúng rất lớn (hàng chục đến hàng trăm khối lượng Mặt Trời) và ngắn ngày, gieo các nguyên tố nặng đầu tiên và có thể cả lỗ đen đầu tiên. Chưa ngôi nào được quan sát trực tiếp.

Điều gì tạo ra các chớp sóng radio nhanh (FRB)?

Các chớp radio kéo dài mili-giây mang năng lượng tương đương nhiều ngày phát xạ của Mặt Trời đến từ khoảng cách ngoài thiên hà. Hàng nghìn sự kiện đã được ghi nhận; một số lặp lại, đa số không. Magnetar là nguồn đã chứng minh cho ít nhất một chớp, nhưng liệu chúng có giải thích toàn bộ quần thể — đặc biệt phần lớn dường như không lặp — vẫn chưa rõ.

Phương trình trạng thái của vật chất bên trong sao neutron là gì?

Lõi sao neutron nén vật chất tới vài lần mật độ hạt nhân — chế độ không phòng thí nghiệm nào đạt được. Phương trình trạng thái quyết định khối lượng tối đa, bán kính, độ biến dạng thủy triều và việc lõi có chứa hyperon, vật chất quark hay pha mới không.

Các lỗ đen siêu lớn đầu tiên lớn nhanh như thế nào?

Các quasar nuôi bởi lỗ đen ~10^9 khối lượng Mặt Trời đã tồn tại ở z > 7, chưa đầy 800 triệu năm sau Big Bang. Hạt giống từ tàn dư sao hút chất ở giới hạn Eddington không thể lớn đủ nhanh, buộc lý thuyết quay sang “hạt nặng” — lỗ đen sụp đổ trực tiếp hoặc hợp nhất chạy trong cụm đặc.

Bản chất của năng lượng tối là gì?

Quan sát các siêu tân tinh xa năm 1998 cho thấy vũ trụ đang giãn nở nhanh dần. Nguyên nhân chưa biết — chiếm khoảng 68% ngân sách năng lượng vũ trụ — được gọi là năng lượng tối, nhưng ta chưa biết đó là hằng số vũ trụ, một trường động lực, hay dấu hiệu thuyết tương đối rộng sai ở quy mô lớn.

Hạt (hoặc vật thể) nào tạo nên vật chất tối?

Đường cong quay thiên hà, thấu kính hấp dẫn, cụm Bullet và CMB đều đòi hỏi khối lượng hấp dẫn gấp khoảng 5 lần baryon nhìn thấy. Vật chất tối là hạt tương tác yếu, axion, quần thể lỗ đen nguyên thủy hay thứ khác vẫn chưa được xác định.

Vì sao các phép đo H₀ từ vũ trụ sớm và muộn không khớp nhau?

Tốc độ giãn nở hiện nay suy ra từ CMB giả định ΛCDM (~67.4 km/s/Mpc) lệch ~5σ so với giá trị thang khoảng cách đo bằng Cepheid và siêu tân tinh (~73 km/s/Mpc). Hoặc sai số hệ thống còn tồn tại ở cả hai phía, hoặc mô hình vũ trụ học chuẩn chưa đầy đủ.

Vì sao vật chất nhiều hơn phản vật chất?

Vũ trụ quan sát được hầu như không có phản vật chất nguyên thủy: cứ ~10^9 photon có khoảng một baryon và không antibaryon nào. Sakharov chỉ ra điều này đòi hỏi vi phạm số baryon, vi phạm C/CP và lệch cân bằng nhiệt — nhưng vi phạm CP đo được trong Mô hình Chuẩn quá nhỏ.

Làm sao dung hòa hấp dẫn với cơ học lượng tử?

Thuyết tương đối rộng mô tả hình học không-thời gian trơn; cơ học lượng tử mô tả các trường xác suất trên nền cố định. Hai thuyết xung đột ở thang Planck — trong lỗ đen và tại Big Bang — và chưa thí nghiệm nào kiểm tra một lý thuyết hấp dẫn lượng tử nào.

Tia vũ trụ năng lượng cực cao đến từ đâu?

Các hạt mang điện phát hiện trên 10^18 eV — kể cả sự kiện gần 10^20 eV, năng lượng vĩ mô trong một hạt hạ nguyên tử — phải được tăng tốc bởi những thiên thể cực đoan nhất vũ trụ. Nguồn ứng viên gồm jet AGN, chớp gamma và magnetar, nhưng độ lệch bởi từ trường xáo trộn phương đến.

Sự sống lần đầu xuất hiện từ hóa học theo con đường nào?

Sự sống xuất hiện trên Trái Đất trong vòng ~500 triệu năm sau khi hành tinh có thể ở — nhanh đáng kinh ngạc. Nhưng cây cầu từ hóa học tiền sinh học tới hệ tự nhân đôi, có màng bao và trao đổi chất đầu tiên vẫn chưa được xây: ta làm được nucleotide và protocell riêng lẻ, chưa bao giờ cùng nhau và tự duy trì.

Mọi người đâu hết? Nghịch lý Fermi và tìm kiếm dấu hiệu công nghệ

Thiên hà đủ già và đủ lớn để kể cả thuộc địa hóa liên sao chậm cũng phải lấp đầy nó — nhưng bầu trời im lặng. Nghịch lý có thể tan biến qua một “bộ lọc lớn” phía trước hoặc phía sau ta, qua trí tuệ hiếm, qua việc ta tìm sai cách, hoặc qua tuổi thọ văn minh ngắn.