Vũ trụ đang giãn nở của chúng ta: Tuổi, lịch sử và các sự thật khác

0
105

Vũ trụ chào đời từ một điểm nóng & đặc chẳng thể tưởng tượng được. Khi vũ trụ chỉ mới 10-34 giây tuổi – tức là một % của một phần tỷ của một phần nghìn tỷ của một phần nghìn tỷ của 1 giây – chúng trải qua 1 vụ nổ đáng ngạc nhiên của sự co giãn được gọi là sự lạm phát, ở đó, không gian tự nó co giãn nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng.

Hình 1. Hình ảnh đồ họa miêu tả một lỗ đen siêu đồ sộ đang hấp thụ vật chất chung quanh nó. Credit: XMM-Newton, ESA, NASA.

Trong suốt công đoạn này, vũ trụ tự nhân đôi kích cỡ của chúng ít nhất 90 lần, nhảy từ qui mô hạt hạ nguyên tử tới kích cỡ của quá bóng gôn hầu hết ngay mau chóng.

Theo NASA, sau công đoạn lạm phát, sự tăng lên của vũ trụ vẫn tiếp tục, nhưng tới vận tốc chững dần. Khi không gian co giãn, vũ trụ trở nên lạnh hơn & vật chất được tạo dựng. 1 giây sau Vụ Nổ Lớn, vũ trụ được lấp đầy bởi neutron, proton, electron, phản electron, photon & neutrino.

Trong suốt 3 phút trước tiên của vũ trụ, các hạt ánh sáng được chào đời trong một tiến trình gọi là phản ứng thống kê hạt nhân Vụ Nổ Lớn. Nhiệt độ bị lạnh đi từ 100 nonillion (1032) độ Kelvin xuống còn1 tỉ (109) độ Kelvin, proton & neutron va chạm với nhau để tạo ra deuterium, một đồng vị của hydrogen.
Đa phần deuterium được thống kê để tạo ra helium & 1 lượng nhỏ lithium cũng được tạo dựng.

Trong suốt 380 000 năm trước tiên, vũ trụ về căn bản quá nóng để ánh sáng phát sáng, theo Trọng tâm tìm hiểu vũ trụ Đất nước Pháp (Trọng tâm Tìm hiểu Vũ trụ Đất nước Pháp, CNES). Lượng nhiệt của tiến trình tạo dựng khiến các nguyên tử lao vào nhau với lực đủ lớn để phá hủy chúng thành plasma đặc, tạo dựng 1 nồi súp đặc đục ngầu của proton, neutron & electron khiến ánh sáng tán xạ như màn sương mù.

Khoảng 380 000 năm sau Vụ Nổ Lớn, vật chất lạnh đi đủ cho nguyên tử tạo dựng trong suốt kỉ nguyên tái tổ hợp, kết quả là sự tạo dựng khí trung tính & trong suốt, theo NASA. Điều này đã giải phóng cho những tia sáng trước tiên được tạo dựng trong Vụ Nổ Lớn, thứ mà ngày nay đã được phát hiện là bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Không những thế, sau khoảng thời gian này, vũ trụ ngập sâu vào bóng tối, khi chưa có 1 người nổi tiếng hay bất kể vật thể sáng nào được tạo dựng. Khoảng 400 triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, vũ trụ khởi đầu thoát khỏi thời đại mờ ám trong kỉ nguyên tái i-on hóa. Trong suốt thời đại kéo dài hơn một nửa tỉ năm này, các đám khí co lại đủ để tạo dựng các người nổi tiếng & thiên hà trước tiên, ánh sáng tử ngoại khỏe khoắn của chúng i-on hóa & phá hủy chủ yếu các hydro trung trung tính.

XEM THÊM  phi hành gia tiếng anh là gì - Trang cung cấp những thông tin tổng hợp của nhiều quốc gia

Mặc dù sự co giãn của vũ trụ đã chững lại đáng kể từ khi vật chất trong vũ trụ hút lẫn nhau nhờ vào lực cuốn hút, khoảng 5 hoặc 6 tỉ năm sau Vụ Nổ Lớn, theo NASA, một nguồn lực huyền bí mà ngày nay gọi là năng lượng tối khởi đầu tăng tốc lại sự co giãn của vũ trụ, một hiện tượng vẫn đang tiếp tục cho tới ngày nay.

Một khoảng thời gian ngắn sau 9 tỉ năm sau Vụ Nổ Lớn, Hệ Mặt Trời của tất cả chúng ta được tạo dựng.

Vụ Nổ Lớn

Vụ Nổ Lớn không xảy ra như là một vụ nổ thông thường mà mọi người vẫn nghĩ khi suy ra từ tên của nó. Vũ trụ không mở rộng ra vào không gian, khi mà không gian không tồn tại trước vũ trụ, theo NASA. Thay vào đó, sẽ tốt hơn khi cho rằng Vụ Nổ Lớn là sự hiện ra song song của không gian ở khắp mọi nơi trong vũ trụ. Vũ trụ không mở rộng từ 1 điểm nào kể từ Vụ Nổ Lớn – mà đúng hơn, không gian tự nó bị kéo căng, & đưa theo vật chất theo nó.

Kể từ khi vũ trụ mà khái niệm của nó bao gồm toàn bộ không gian & thời gian như tất cả chúng ta biết, còn khi nói đến vũ trụ đang co giãn vào cái gì hoặc cái gì đã dẫn tới Vụ Nổ Lớn thì điều đó vượt ra ngoài mô hình của Vụ Nổ Lớn, theo NASA. Mặc dù có nhiều mô hình mang ra các suy đoán về những nghi vấn này, thì vẫn không có một mô hình nào có sự dự báo khả dĩ chuẩn xác về nó

Năm 2014, các nhà khoa học từ Trọng tâm Vật lý thiên văn Harvard – Smithsonian đã phát ngôn rằng họ đã phát xuất hiện các tín hiệu yếu ớt trong bức xạ nền vi sóng vũ trụ có lẽ là chứng cứ rạch ròi trước tiên của sóng cuốn hút, được xem như là 1 cú hích tạo thành Vụ Nổ Lớn. Phát hiện này vấp phải những tranh biện sôi nổi quanh nó, nhưng các tìm hiểu về những gợn sóng huyền bí này vẫn được tiếp tục

Hình 2. Cụm sao cầu NGC 6397 chứa khoảng 400000 người nổi tiếng ở địa điểm cách 7200 năm ánh sáng về phía nam chòm sao Ara. Với dự báo tuổi của chúng là 13,5 tỉ năm, chúng có lẽ nằm trong số các vật thể trước tiên của thiên hà được tạo dựng sau Vụ Nổ Lớn. Credit: NASA/ESA và the Hubble Heritage Đội nhóm (AURA/STScI).

Tuổi của vũ trụ

Vũ trụ được dự báo mới đây có tuổi đời xấp xỉ 13,8 tỉ năm, thêm hoặc bớt đi 130 triệu năm. Để so sánh, tuổi của hệ Mặt Trời chỉ khoảng 4,6 tỉ năm.

XEM THÊM  TGQT - Va chạm giữa thiên hà Tiên Nữ và Ngân Hà

Các dự báo đến từ các thống kê thành phần vật chất & mật độ năng lượng trong vũ trụ. Nó cho phép các nhà tìm hiểu tính toán vận tốc co giãn của vũ trụ trong quá khứ. Cùng với tri thức đó, họ có lẽ quay ngược thời gian & suy đoán lúc nào Vụ Nổ Lớn xảy ra. Thời gian giữa lúc đó & hiện tại là tuổi của vũ trụ.

Kết cấu

Các nhà khoa học cho rằng trong những khoảnh khắc sớm nhất của vũ trụ, không có một kết cấu nào được dấu hiệu, bởi vì vật chất & năng lượng được phân bố rất gần nhau 1 cách đồng nhất trong khắp vũ trụ. Theo NASA, lực cuốn hút hút các thăng giáng nhỏ trong mật độ vật chất lại với nhau sau đó làm tiến triển chúng thành kết cấu dạng lưới mênh mang của các người nổi tiếng & các vùng trống rỗng như hiện tại. Các khu vực đậm đặc hút nhiều vật chất hơn nhờ vào lực cuốn hút khiến khối lượng chúng tăng trưởng, vật chất lại càng bị hút vào nhiều hơn dưới lực cuốn hút kéo theo sự tạo dựng các người nổi tiếng, thiên hà & kết cấu rộng được nghe đến như các cụm thiên hà, siêu quần thiên hà, các sợi & hàng rào thiên hà, với “bức tường vĩ đại” chứa hàng ngàn thiên hà trải dài hơn một tỷ năm ánh sáng. Những khu vực ít đậm đặc hơn không lớn lên & trở thành vùng không gian rỗng được gọi là khu vực trống.

Thành phần kết cấu

Cho tới khoảng 30 năm ngoái, các nhà thiên văn học cho rằng vũ trụ được cấu thành chủ yếu từ các nguyên tử thông thường, hoặc “vật chất thông thường,” theo NASA. Không những thế, gần đây đã có nhiều chứng cứ cho là phần đông ,mthành phần tạo ra vũ trụ đến từ các dạng mà tất cả chúng ta chẳng thể chứng kiến.

Thật ra các nguyên tử chỉ chiếm 4,6% trong vũ trụ. Còn lại, 23% được tạo ra từ vật chất tối, có lẽ chúng được thống kê từ 1 hoặc nhiều loại hạt hạ nguyên tử tương tác rất yếu với vật chất thông thường, & 72% là năng lượng tối, được nghĩ rằng lý do gia tốc sự co giãn của vũ trụ.

Khi nói tới các nguyên tử thân thuộc, hydro chiếm khoảng 75%, trong khi heli chiếm khoảng 25%,với các nguyên tố nặng hơn chỉ chiếm 1 phần nhỏ của nguyên tử trong vũ trụ, theo NASA.

Kích cỡ

Kích cỡ của vũ trụ có có hay không, phạm vi của nó là hữu hạn hay vô hạn dựa vào sự giằng co giữa độ lớn của sự co giãn & sức hút của lực cuốn hút. Độ lớn của sức hút lệ thuộc vào mật độ vật chất trong vũ trụ.

XEM THÊM  [Review] Kinh nghiệm chọn mua ống nhòm thiên văn chất lượng

Nếu mật độ của vũ trụ vượt quá giá trị hạn chế riêng, vũ trụ sẽ “đóng” & có “độ cong dương” như mặt phẳng của hình cầu. Có nghĩa là tia ánh sáng ban đầu cùng lúc sẽ hội tụ dần, cuối cùng vượt qua & trở lại điểm khởi đầu của nó, nếu vũ trụ tồn tại đủ lâu.Nếu thế, vũ trụ sẽ không vô hạn nhưng cũng không có chấm dứt, như khu vực trên mặt phẳng hình cầu, nó không vô hạn nhưng cũng không có điểm khởi đầu hay chấm dứt để nói về chúng. Vũ trụ như thế sẽ thực sự ngừng co giãn & khởi đầu tự co sập lại, được gọi là “Vụ co lớn”.

Nếu mật độ của vũ trụ ít hơn mật độ tới hạn trên, dạng hình học của không gian là “mở” & có “độ cong âm” như mặt phẳng của yên ngựa. Nếu vậy, vũ trụ sẽ không có biên cương, & sẽ co giãn mãi mãi.

Nếu mật độ của vũ trụ chuẩn xác bằng mật độ tới hạn, dạng hình học của vũ trụ sẽ là “phẳng” với độ cong bằng 0 như bề mặt của tờ giấy, theo NASA. Theo đó, vũ trụ sẽ không có biên cương & sẽ co giãn mãi mãi, nhưng với vận tốc giãn độ chầm chậm tiến tới 0 sau lượng thời gian vô hạn. Các thống kê mới đây cho thấy vũ trụ là phẳng chỉ với sai số là 2%.

Có lẽ vũ trụ có nhiều hình dạng tổng quát cầu kỳ hơn trong khi hình như nó có các độ cong khác nhau. Chẳng hạn, vũ trụ có lẽ là hình xuyến hoặc hình bánh donut.

Sự co giãn của vũ trụ

Trong những năm 1920, nhà thiên văn học Edwin Hubble đã tìm tòi ra vũ trụ không tĩnh. Hơn nữa, nó đang co giãn, phát hiện này cho thấy vũ trụ hình như đã được chào đời nhờ Vụ Nổ Lớn.

Sau đó, có một thời gian dài người ta cho rằng lực cuốn hút của vật chất trong vũ trụ chắc cú đã làm chững lại sự co giãn của vũ trụ. Mãi đến năm 1998, các xem xét của Kính viễn vọng Không gian Hubble về các vụ nổ siêu sao mới xa xôi đã cho thấy rằng một thời gian dài về trước, vũ trụ đã co giãn chậm hơn nhiều đối với ngày nay. Theo một nghĩa khác, sự co giãn của vũ trụ không chững lại vì lực cuốn hút, thay vào đó, nó đang tăng tốc mà không ai giải thích được.

Tên của lực huyền bí gây ra sự tăng tốc co giãn này là năng lượng tối, & đó là 1 trong những huyền bí thú vị nhất trong khoa học.

Nguồn: Space.com

Xem qua

Người đăng:

Nguyễn Châu Giang

Sinh viên cử nhân nghề Vũ trụ & Vận dụng, trường Đại học Khoa học & Công nghệ Hà Nội – USTH (2016 – 2019).


Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Khoa học vũ trụ