Siêu tân tinh sao lùn đen có thể khiến vũ trụ 'chết' trong tương lai?

"Vào ngày tàn của vũ trụ, xảy ra rất lâu sau khi những ngôi sao sáng cuối cùng vụt tắt, có thể xuất hiện một loạt vụ nổ cuối cùng, đánh dấu thời điểm vũ trụ 'chết' hoàn toàn. Sự kiện lý thuyết đó có tên là siêu tân tinh sao lùn đen. Những vụ nổ chói lòa này được ví như một màn trình diễn pháo hoa ngoạn mục, thắp sáng không gian trước khi nhấn chìm cả vũ trụ vàobóng tối vĩnh cửu" - Đó là nhận định của nhà khoa học trong nghiên cứu mới nhất đăng trên tạp chí Monthly Notices của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia Anh (RAS).

“Đó sẽ là một nơi cô đơn, lạnh lẽo. Sẽ không có ai ở bên cạnh để chứng kiến ​​cuộc chia ly kéo dài này xảy ra trong tương lai xa. Hầu hết đều tin rằng tất cả sẽ chìm trong bóng tối vĩnh cửu khi vũ trụ kết thúc" - Tác giả Mỹ viết.

Khi nào thì vũ trụ 'chết'? Nguyên nhân do đâu? Hãy cùng Tiến sĩ Matt Caplan, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học bang Illinois (Mỹ) đi tìm câu trả lời.

Trong vũ trụ hiện nay, cái chết của các ngôi sao lớn trong các vụ nổ siêu tân tinh xảy ra khi các phản ứng hạt nhân bên trong tạo ra sắt trong lõi. Sắt không thể bị đốt cháy bởi các ngôi sao - nó tích tụ như một chất độc, gây ra sự sụp đổ của ngôi sao tạo ra một siêu tân tinh. Những ngôi sao lớn gấp 10 lần khối lượng Mặt Trời trở lên sẽ phát nổ như siêu tân tinh và có thể trở thành lỗ đen - quái vật vũ trụ nổi tiếng.

Nhưng đối với những ngôi sao nhỏ hơn, không tạo ra các nguyên tố nặng hơn thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân ở lõi của chúng, sẽ kết thúc cuộc đời của chúng dưới dạng sao lùn trắng. Trải qua hàng nghìn tỷ năm, chúng mờ đi và biến thành những vật thể đông lạnh, không ánh sáng được gọi là sao lùn đen.

Nói cách khác, trong tương lai xa, rất lâu sau khi quá trình hình thành sao chấm dứt, vũ trụ sẽ có những tàn dư thoái hóa thưa thớt, chủ yếu là sao lùn trắng. Những sao lùn trắng này sẽ nguội đi và đóng băng rắn thành sao lùn đen.

Nguồn: NASA’s Goddard Space Flight Center / S. Wiessinger.

Công trình nghiên cứu đăng trên tạp chí của RAS mô tả cách những sao lùn đen này vào phút cuối có thể giải phóng những tia sáng cuối cùng trong vũ trụ khi chúng phát nổ như siêu tân tinh.

Những siêu tân tinh sao lùn đen mới được nghiên cứu này là một loại đặc biệt chưa từng xảy ra ở bất kỳ đâu trong vũ trụ. Và có thể là những sự kiện cuối cùng xảy ra trong vũ trụ, khi đó vũ trụ sẽ là một nơi trống trải, có nhiệt độ gần bằng 0 tuyệt đối.

Tiến sĩ Matt Caplan lưu ý, siêu tân tinh sao lùn đen sẽ chỉ xuất hiện ở những ngôi sao lùn đen có khối lượng từ 1,16 đến 1,35 lần Mặt Trời. Những ngôi sao lùn đen đó lần lượt được tạo ra từ những ngôi sao điển hình khởi đầu với khối lượng gấp 6 đến 10 lần Mặt Trời.

Tiến sĩ Matt Caplan nói: "Siêu tân tinh sao lùn đen không hẳn là một quần thể hiếm, nhưng cũng không phải là phổ biến nhất trong vũ trụ".

Trên thực tế, những ngôi sao này chiếm khoảng 1% tổng số các ngôi sao ngày nay, và Tiến sĩ Matt Caplan ước tính sẽ có khoảng một nghìn tỷ tỷ (10^21) các sao siêu mới này trước khi vũ trụ kết thúc.

Trong bài báo của mình, Tiến sĩ Caplan gọi vụ nổ lý thuyết của mình là siêu tân tinh sao lùn đen và tính toán rằng vụ nổ đầu tiên sẽ xảy ra trong khoảng 10^1100 năm nữa. Ông cũng cho biết, những ngôi sao lùn đen nặng nhất sẽ phát nổ đầu tiên, tiếp theo là những ngôi sao nhỏ hơn dần dần, cho đến khi không còn gì để nổ sau khoảng 10^32000 năm - Đó là lúc có thể vũ trụ chết hoàn toàn.

Để hình dung, Mặt Trời nung chảy hơn 10^38 proton mỗi giây. Nếu bạn viết ra tất cả các con số 0 trong 2 dãy số này (là 10^1100; và10^32000), chúng sẽ chiếm độ dài tương ứng lần lượt của một đoạn văn đến toàn bộ chương sách!

Tác giả nghiên cứu cho biết: "Những phản ứng này diễn ra trong một thời gian dài... cực kỳ điên rồ. Bạn có thể phải đợi một triệu năm nhưng rồi vẫn không thấy một phản ứng nhiệt hạch nào diễn ra trong một ngôi sao lùn đen".

Khi sao lùn đen có thành phần chủ yếu là sắt, nó sẽ bị nghiền nát bởi khối lượng của chính nó. Sự sụp đổ - siêu tân tinh - sẽ kích hoạt một vụ nổ cực lớn đẩy ra các lớp bên ngoài của sao lùn đen còn sót lại ra xa.Trong các ngôi sao lớn hơn ngày nay, đống sắt này cũng là nguyên nhân dẫn đến sự kiện siêu tân tinh sụp đổ lõi.

Hình ảnh minh họa: Internet

"Khi sao lùn trắng nguội đi trong vài nghìn tỷ năm tới, chúng sẽ mờ đi, cuối cùng đóng băng rắn và trở thành những ngôi sao lùn đen không còn tỏa sáng nữa.

Giống như sao lùn trắng ngày nay, chúng sẽ được tạo ra chủ yếu từ các nguyên tố nhẹ như carbon và oxy và sẽ có kích thước bằng Trái Đất nhưng chứa khối lượng tương đương với Mặt Trời, bên trong của chúng bị ép lại với mật độ lớn hơn hàng triệu lần so với bất kỳ thứ gì trên Trái Đất.

Nhưng chỉ vì chúng lạnh không có nghĩa là các phản ứng hạt nhân dừng lại. Các ngôi sao tỏa sáng nhờ phản ứng tổng hợp nhiệt hạch - chúng đủ nóng để khiến các hạt nhân nhỏ kết lại với nhau để tạo ra các hạt nhân lớn hơn, giải phóng năng lượng," Tiến sĩ Caplan nói.

Sao lùn trắng là tro, chúng bị cháy hết, nhưng phản ứng nhiệt hạch vẫn có thể xảy ra do đường hầm lượng tử, chỉ là chậm hơn nhiều. Quá trình nhiệt hạch xảy ra, ngay cả ở nhiệt độ 0, nó chỉ mất một thời gian rất dài.Đây là chìa khóa để biến sao lùn đen thành sắt và kích hoạt siêu tân tinh.

Tại thời điểm đó, vũ trụ có thể thực sự chết và chìm trong im lặng vĩnh viễn.

"Thật khó để tưởng tượng bất cứ điều gì xảy ra sau đó, siêu tân tinh lùn đen có thể là điều thú vị cuối cùng xảy ra trong vũ trụ.Chúng có thể là siêu tân tinh cuối cùng từng có", Tiến sĩ Caplan nói.

Vào thời điểm những ngôi sao lùn đen đầu tiên phát nổ, vũ trụ sẽ không thể nhận dạng được như hiện nay. Các thiên hà sẽ phân tán, các lỗ đen sẽ bốc hơi, và sự mở rộng của vũ trụ sẽ kéo tất cả các vật thể còn lại ra xa nhau đến mức không ai có thể thấy bất kỳ vật thể nào khác phát nổ," Tiến sĩ Caplan nói. "Về mặt vật lý, ánh sáng sẽ không thể truyền đi xa như vậy. Có lẽ chúng tôi sẽ thử mô phỏng một số siêu tân tinh lùn đen trong phòng thí nghiệm.Nếu chúng ta không thể nhìn thấy chúng trên bầu trời thì ít nhất chúng ta có thể nhìn thấy chúng trên máy tính".

Sau những tia sáng cuối cùng này, không có gì còn lại trong vũ trụ sẽ có thể phát nổ hoặc tỏa sáng. Tất cả chìm trong bóng đêm vĩnh cửu!