Đây là những gì xảy ra trong “ngày tận thế” của vũ trụ.

Nghiên cứu được công bố ngày 7/8 bởi nhà vật lý lý thuyết Matt Caplan, Phó giáo sư Đại học bang Illinois (Mỹ) cho thấy khi “chết đi”, vũ trụ sẽ là nơi “buồn tẻ, cô đơn và lạnh lẽo”. Kết quả này không nằm ngoài tưởng tượng của chúng ta.

Trước đó, Caplan đã nói về kịch bản cho “ngày tận thế” của vũ trụ xoay quanh vụ nổ siêu tân tinh (supernova) của các sao lùn đen (black dwarf star).

Siêu tân tinh đối với sao lùn đen sẽ đánh dấu sự kết thúc của vũ trụ mà chúng ta từng biết. Ảnh: NASA.

Một ngôi sao khổng lồ trong giai đoạn tiến hóa cuối cùng sẽ hết năng lượng. Lớp vỏ ngoài của ngôi sao tan vào không gian, để lại phần lõi chính là sao lùn trắng (white dwarf star). Lực hấp dẫn của sao lùn trắng sẽ thu hút vật chất xung quanh tích tụ vào lõi, đến một mức giới hạn sẽ khiến sao lùn trắng phát nổ, tạo ra nguồn năng lượng dữ dội (siêu tân tinh).

Một sao lùn trắng không thể tự tạo vật chất, tuy nhiên Caplan cho biết qua thời gian, chúng sẽ co cụm và trở thành sao lùn đen có thể tạo ra nguyên tử sắt.

Phản ứng hạt nhân trong lõi sao lùn đen sẽ tiếp tục tích tụ sắt và tạo ra siêu tân tinh lần 2. Con người chưa thể quan sát hiện tượng này vì các ngôi sao chưa bước đến giai đoạn đó.

“Khi các sao lùn trắng nguội đi trong vài nghìn tỷ năm tới, chúng sẽ tối dần, đóng băng và trở thành sao lùn đen. Các ngôi sao sáng lên nhờ phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, đủ nóng để các hạt nhân nhỏ tương tác tạo ra hạt nhân lớn và giải phóng năng lượng.

Những sao lùn trắng vẫn có phản ứng nhiệt hạch do hiệu ứng hầm lượng tử (quantum tunneling), chỉ là chúng diễn ra chậm hơn mà thôi”, Caplan cho biết.

Hầm lượng tử là hiện tượng xảy ra khi hạt nguyên tử chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác mà không bị gián đoạn bởi các quy luật vật lý cổ điển (một giới hạn vật lý hay bức tường chắn nào đó).

Siêu tân tinh xảy ra trong giai đoạn tiến hóa cuối cùng của một ngôi sao khổng lồ. Ảnh: NASA.

Caplan nói rằng sự kết hợp này là chìa khóa tạo ra sắt trong các sao lùn đen và dẫn đến siêu tân tinh dành cho chúng.

Nghiên cứu cũng ước tính thời gian phát nổ của các sao lùn đen với kích thước khác nhau. Caplan cho biết vụ siêu tân tinh đầu tiên của sao lùn đen sẽ diễn ra trong 10^1.100 năm nữa.

Theo Caplan, các sao lùn đen nặng nhất sẽ phát nổ đầu tiên, tiếp đến là các sao lùn đen nhỏ hơn cho đến khi chúng phát nổ hết. Ông dự đoán sao lùn đen cuối cùng sẽ phát nổ trong 10^32.000 năm tới, là thời khắc kết thúc của vũ trụ.

“Thật khó tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra sau đó. Siêu tân tinh của sao lùn đen có thể là hiện tượng thú vị cuối cùng xảy ra trong vũ trụ”, Caplan nhận định.

Nói về sự “buồn tẻ”, “cô đơn” của vũ trụ sau thời điểm đó, Caplan cho biết dải Ngân hà sẽ phân rã, các lỗ đen bốc hơi, sự giãn nở sẽ kéo tất cả vật thể còn sót lại ra xa đến nỗi chúng không còn “nhìn thấy” nhau bởi ánh sáng không thể truyền trong quãng đường xa như thế.