Vũ trụ kết thúc như thế nào?

Vụ nổ siêu tân tinh sao lùn đen là sự kiện cuối cùng xảy ra trong vũ trụ.

Các vụ nổ sao lùn đen là loại siêu tân tinh mới, do các nhà khoa học ở ĐH bang Illinois (Mỹ). Đó là những sự kiện cuối cùng diễn ra trong vũ trụ - sau đó là tối đen vĩnh viễn.

Khối lượng quyết định sự sống và cái chết của những ngôi sao. Những ngôi sao lớn, với khối lượng vượt quá 10 lần khối lượng Mặt trời, nổ tung như các siêu tân tinh và có thể trở thành các lỗ đen.

Tuy nhiên, các ngôi sao nhỏ hơn, không tạo ra các nguyên tố nặng, kết thúc cuộc sống trong vai trò các sao lùn trắng. Suốt hàng ngàn tỷ năm, các ngôi sao tối dần và biến thành các thiên thể lạnh giá, được biết đến như các sao lùn đen.

Các nghiên cứu mới mô tả, bằng cách nào các sao lùn đen có thể giải phóng các phần ánh sáng cuối cùng vào vũ trụ, khi bùng nổ như các siêu tân tinh.

Siêu tân tinh các sao lùn đen bùng nổ trong kết quả các quá trình lượng tử được gọi là hợp hạch hạt nhân pico (piconuclear). Các ngôi sao này thường hoạt động nhờ phản ứng hợp hạch, trong đó nhiệt độ và áp suất cao thắng được lực đẩy điện tự nhiên của các hạt nhân nguyên tử, cho phép liên kết thành các nguyên tố mới, nặng hơn.

Trong trường hợp hợp hạch hạt nhân, hiện tượng chui hầm lượng tử cho phép các hạt nhân nguyên tử tiến lại gần nhau hơn so với lúc bình thường. Do vậy, hợp hạch hạt nhân pico, rất chậm chạp, biến các thành phần sao lùn trắng thành sắt – nguyên tố cuối cùng có thể xuất hiện trong kết quả hợp hạch.

“Các phản ứng này diễn ra rất chậm. Chúng ta có thể phải chờ hàng triệu năm và không phát hiện thấy bất kỳ phản ứng hợp hạch pico nào ở sao lùn đen” – Nhà vật lý Matt Caplan ở ĐH bang Illinois, cho biết.

Mặt trời biến thành sao lùn đen trong khoảng thời gian từ 10^1100 (10 lũy thừa 1100) năm đến 10^32000 (10 lũy thừa 32000) năm. Đây quả thật là khoảng thời gian rất dài.

Nếu như thành phần sao lùn đen chủ yếu là sắt, thì nó sẽ bị nghiền nát bởi chính khối lượng của mình. Sự sụp đổ không được kiểm soát này – siêu tân tinh – gây ra sự nổ dồn, đồng thời ném đi các lớp ngoài cùng của sao lùn đen.

Siêu tân tinh các sao lùn đen chỉ xuất hiện ở các ngôi sao có khối lượng từ 1,16 đến 1,35 khối lượng Mặt trời. Các sao lùn đen này, đến lượt mình, hình thành từ các ngôi sao đặc trưng, có khối lượng từ 6 đến 10 khối lượng Mặt trời. Hiện tại, các ngôi sao đặc trưng này chiếm khoảng 1% tổng số các sao; còn đến giai đoạn cuối của vũ trụ, số lượng các sao đặc trưng là khoảng 10^21.