Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 12)

Xào nấu các nguyên tố

Mọi thứ xung quanh chúng ta cấu tạo từ các nguyên tử. Những nguyên tử này xuất hiện tự nhiên ở 92 dạng khác nhau, gọi là nguyên tố. Chúng đa dạng từ những chất khí nhẹ nhất, như hydrogen và helium, rồi carbon, oxygen, nitrogen và những nguyên tố nặng hơn như nhôm, nickel, sắt, vàng rồi đến những nguyên tố nặng nề như chì và uranium. Bạn có bao giờ tự hỏi những nguyên tử khác nhau này đã được tạo ra như thế nào hay không? Quá trình đó được gọi là sự tổng hợp hạt nhân. Chưa tới một phút sau sự ra đời của Vũ trụ, các điều kiện thích hợp cho hai nguyên tố nhẹ nhất được tổng hợp và Vũ trụ sau đó chứa chừng 75% hydrogen và 25% helium, với một ít những nguyên tố tiếp theo trong bảng tuần hoàn hóa học như lithium và beryllium. Món pha chế này là chất liệu thô của các sao. Khi những đám mây khí giữa các sao này hình thành, chúng bắt đầu co lại dưới tác dụng của lực hút hấp dẫn riêng của chúng. Khi chất khí trở nên đặc hơn, nó nóng lên và, dần dần, một ngôi sao mới ra đời ngay chính giữa. Khi nhiệt độ này đạt tới vài triệu độ, thì các điều kiện đủ nóng cho ngôi sao bắt lửa.

Các ngôi sao tỏa sáng nhờ quá trình nhiệt tổng hợp hạt nhân. Đây là khi hạt nhân của hai nguyên tử hydrogen hợp nhất với nhau tạo thành một hạt nhân nguyên tử helium, giải phóng trong quá trình ấy một lượng năng lượng khổng lồ. Các nhà khoa học đã và đang cố gắng, cho đến nay chưa thành công, bắt chước quá trình này trên Trái đất trong một kiểu có điều khiển nhằm mang lại một nguồn năng lượng sạch (theo nghĩa là không phóng xạ), vô hạn. Tất nhiên, vấn đề là chúng ta không thể ngăn không cho plasma nhiệt độ cực cao trong lò nhiệt hạch của chúng ta thoát ra bên ngoài. Mặt khác, các ngôi sao tiếp tục đốt cháy và tỏa sáng suốt thời gian các phản ứng nhiệt hạch diễn ra bên trong chúng vì lực hấp dẫn của chúng giữ chúng lại với nhau. Đồng thời, quá trình này tạo ra một áp suất hướng ra ngoài giữ cân bằng với áp suất hướng vào do lực hấp dẫn của ngôi sao.

Quá trình này đã diễn ra bên trong Mặt trời trong năm tỉ năm qua kể từ khi nó ra đời (cùng với tám hành tinh của nó) từ một đám mây khí và bụi. Mặt trời sẽ tiếp tục tỏa sáng êm dịu như thế này trong năm tỉ năm nữa. Cho nên, đại khái thì hiện nay mặt trời đang ở độ tuổi trung niên của mình. Giống như các ngôi sao, đây là một tuổi thọ lớn ấn tượng, có được nhờ khối lượng nhỏ của nó. Một ngôi sao có khối lượng càng lớn, thì áp suất hấp dẫn của nó sẽ càng mạnh, và vì thế phần lõi của nó trở nên đặc hơn và nóng hơn, và nó đốt nhiên liệu hạt nhân của nó nhanh hơn. Những ngôi sao lớn nhất, gấp một triệu lần khối lượng Mặt trời, sẽ chỉ sống được trong vài ba triệu năm.

Sau năm tỉ năm nữa, Mặt trời sẽ bắt đầu cạn kiệt nhiên liệu hydrogen của nó và sẽ dần dần chuyển sang một pha mới trong cuộc đời của nó. Nó sẽ trở thành cái gọi là sao kềnh đỏ. Khi nó sử dụng hết hydrogen trong lõi của nó, nó sẽ bắt đầu co lại dưới sức hấp dẫn riêng của nó và toàn bộ vật chất trong lõi sẽ trở nên bị nén và nóng lên trở lại. Lúc này xảy ra hai cái rất khác nhau. Thứ nhất, nhiệt ở trong lõi buộc các nguyên tử helium hợp lại tạo thành những nguyên tố nặng hơn. Đồng thời, những lớp bên ngoài của Mặt trời nở ra và phồng to đến kích cỡ mà hành tinh gần nó nhất, Thủy tinh, sẽ bị nuốt chửng. Lúc này, Mặt trời sẽ trở nên sáng hơn trước đó gấp nhiều lần, và sẽ choán nửa bầu trời khi nhìn từ Trái đất. Thật đáng tiếc, chúng ta sẽ không có khả năng chứng kiến sự kiện này vì bề mặt Mặt trời lúc này quá gần nên nó sẽ làm bay hơi Trái đất. Trong mọi trường hợp, nếu như con người vẫn còn tồn tại sau năm tỉ năm nữa, thì hi vọng khi đó họ đã tìm được cho mình một ngôi nhà mới.

Sau thêm một tỉ năm nữa, Mặt trời sẽ đi vào pha cuối cùng của cuộc đời của nó bởi sự phun trào một phần vật chất của nó vào không gian bên ngoài. Sự phun trào này tạo ra một cái đĩa chất khí hơi đẹp gọi là tinh vân hành tinh, tại chính giữa của nó sẽ làm cái lõi đang chết của Mặt trời: một sao lùn trắng. Một vật thể như thế sinh ra khi vật chất của Mặt trời tự co lại do lực hấp dẫn của riêng nó khi các quá trình nhiệt hạt nhân cuối cùng đã ngớt. Nó sẽ gồm chủ yếu là carbon kết tinh và oxygen và sẽ giống như một viên kim cương hình cầu đồ sộ có kích cỡ bằng Trái đất. Dần dần, ngôi sao lùn trắng này sẽ nguội và trở nên mờ đi và lạnh đi cho đến cuối cùng thì nó hoàn toàn mất dạng. Một vật thể như thế là cực kì đặc và chỉ một miếng cỡ bằng hạt đậu của nó sẽ cân nặng khoảng một tấn.

Như vậy, Mặt trời của chúng ta sẽ kết thúc chuỗi ngày huy hoàng của nó một cách hơi tầm thường, thậm chí có phần nhục nhã, khi so với nhiều ngôi sao lớn hơn, chúng có thể mang đến những màn trình diễn diễn pháo hoa thật ấn tượng.

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian