Vũ trụ sẽ kết thúc như thế nào?

Liệu Vũ trụ sẽ kết thúc bằng một Big Freeze, một Big Rip – hay một điều gì đó thậm chí còn kỳ lạ hơn? Hãy cùng nhìn vào tương lai xa với các nhà thiên văn học từ Đài quan sát Hoàng gia Greenwich.

Mọi điều tốt đẹp đều phải kết thúc. Trong cuộc đời, chúng ta nghĩ về những điều như kết thúc một kỳ nghỉ hay tạm biệt bạn bè ở trường, nhưng những sự kiện này rất nhỏ bé trong thang thời gian của Vũ trụ. Các nhà thiên văn học từ Đài quan sát Hoàng gia Greenwich cân nhắc những gì sẽ xảy ra trong hàng tỷ và hàng nghìn tỷ năm nữa, và sự kết thúc của mọi thứ có thể trông như thế nào... Hãy cùng nhau tìm hiểu nhé!

Bài viết này được chuyển thể từ Space Oddities: An Astronomy Miscellany, một cuốn sách mới của Đài quan sát Hoàng gia Greenwich. Hãy để các nhà thiên văn học hướng dẫn bạn khám phá những điều bí ẩn đầy cảm hứng của vũ trụ. Cuốn sách này chứa đầy những khám phá đáng kinh ngạc, các lý thuyết hấp dẫn và sự thật không tưởng.

Sự kết thúc của Trái Đất

Mặt Trời của chúng ta là một quả cầu khí khổng lồ, và là nguồn nhiệt, ánh sáng của chúng ta. Đó là lý do tại sao Trái Đất là nơi có thể sinh sống được đối với con người nhưng nó cũng sẽ là lý do cho số phận không may của hành tinh này.

Mặt Trời giải phóng năng lượng được tạo ra bởi các phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó, nơi hydro được chuyển đổi thành heli. Hiện tại, Mặt Trời đã đi được một nửa chặng đường trong nguồn cung cấp hydro của nó. Tuy nhiên, cuối cùng, hydro sẽ cạn kiệt và khi đó, lõi của Mặt Trời sẽ bắt đầu sụp đổ vào bên trong. Các lớp bên ngoài của nó sau đó sẽ mở rộng, hình thành một ngôi sao khổng lồ đỏ.

Người ta không biết Mặt trời sẽ mở rộng bao nhiêu, nhưng ước tính hiện tại cho thấy nó sẽ nhấn chìm Sao Thủy, Sao Kim và thậm chí có thể là cả Trái đất. "Có thể" thì tốt, phải không? Sai rồi! Ngay cả khi nó không chạm tới Trái đất, thì sức nóng cực độ từ Mặt trời khổng lồ khi đó cũng đủ để làm bốc hơi các đại dương trên hành tinh của chúng ta, làm tăng nhiệt độ bề mặt lên hàng trăm độ và chấm dứt mọi sự sống như chúng ta đã biết.

Thời gian cho đến khi Trái đất kết thúc: khoảng 5 tỷ năm.

Sự kết thúc của Hệ Mặt trời

Đây chỉ là sự khởi đầu cho sự kết thúc của cuộc đời Mặt trời. Sau giai đoạn sao khổng lồ đỏ, các lớp bên ngoài của ngôi sao sẽ tiếp tục mở rộng vào không gian, đến mức chúng sẽ tạo ra một tinh vân hành tinh (không liên quan gì đến các hành tinh!). Các lớp bên ngoài sẽ để lại một sao lùn trắng, lõi của ngôi sao cũ.

Thông qua quá trình này, Mặt Trời sẽ mất khoảng một nửa khối lượng, khiến các hành tinh khí khổng lồ (Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương) di chuyển ra ngoài vào các quỹ đạo rộng hơn. Chúng sẽ trở nên kém ổn định hơn khi di chuyển xa hơn khỏi nguồn lực hấp dẫn giữ chúng tại chỗ, khiến một ngôi sao khác dễ dàng hơn trong việc thu thập chúng.

Mặc dù vũ trụ rất lớn, nhưng trong khoảng thời gian dài, tương tác lực hấp dẫn với các hệ sao khác đi qua có thể gây ra sự biến động và thậm chí có khả năng đẩy các hành tinh ra khỏi hệ thống của chúng hoàn toàn. Những hành tinh 'lạc loài' này có thể di chuyển trong nhiều thời đại mà không bị xáo trộn, nhưng chúng có thể bị một hệ sao khác bắt giữ, đi vào quỹ đạo quanh một ngôi sao mới. Số lượng biến số liên quan khiến loại thay đổi này rất khó dự đoán ngay cả khi chỉ là sơ bộ, nhưng cuộc chạm trán giữa các ngôi sao cuối cùng có thể để lại tàn dư từ sao lùn trắng của Mặt trời.

Thời gian cho đến khi Hệ mặt trời kết thúc: Khoảng 8 tỷ năm.

Sự kết thúc của Ngân Hà

Chúng ta biết rằng sau vài tỷ năm nữa, Ngân Hà cuối cùng sẽ hợp nhất với thiên hà xoắn ốc lớn gần nhất của chúng ta, Andromeda, nhưng có thể đó không phải là sự hợp nhất duy nhất mà Ngân Hà của chúng ta trải qua.

Do lực hấp dẫn, phần lớn các thiên hà di chuyển theo nhóm. Ngân Hà là một phần của Nhóm Địa phương, bao gồm khoảng 40 thiên hà di chuyển qua Vũ trụ. Có khả năng là trong hàng chục tỷ năm nữa, tất cả thiên hà này sẽ hợp nhất để tạo thành một thiên hà hình elip lớn, không để lại bằng chứng về quá khứ riêng biệt của chúng.

Thời gian cho đến khi Ngân Hà kết thúc: khoảng 100 tỷ năm.

Sự kết thúc của vũ trụ học

Bản thân Vũ trụ đang mở rộng. Chúng ta quan sát thấy các thiên hà đang di chuyển ra xa và chúng càng xa thì càng di chuyển nhanh hơn. Ở khoảng cách cực lớn, các thiên hà có thể di chuyển ra xa nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Nếu điều này tiếp tục, Vũ trụ sẽ giãn nở nhanh đến mức ánh sáng từ các thiên hà xa xôi sẽ không thể đến được với chúng ta nữa và chúng sẽ không còn quan sát được vũ trụ. Cuối cùng, tất cả những gì còn lại sẽ là lỗ đen, sao neutron và một số sao lùn đen.

Vật chất nói chung là ổn định, nhưng trong thời gian rất dài, người ta tin rằng ngay cả các hạt nguyên tử cơ bản – khối xây dựng cơ bản nhất của vật chất – cũng có thể bị phá vỡ, chỉ còn lại lỗ đen.

Các lỗ đen có khối lượng lớn, vì vậy chúng sẽ tồn tại trong một thời gian dài. Mặc dù không chắc chắn, nhà vật lý lý thuyết người Anh Stephen Hawking (1942–2018) đã dự đoán rằng ngay cả các lỗ đen cũng sẽ từ từ phát ra bức xạ, mất khối lượng cho đến khi cuối cùng chúng 'bốc hơi', báo hiệu sự khởi đầu của sự kết thúc.

Thời gian cho đến khi vũ trụ học kết thúc: khoảng 150 tỷ đến 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000,
000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 năm.

Sự kết thúc của Vũ trụ?

Với lỗ đen cuối cùng đã biến mất, chúng ta có thể đang ở cuối dòng thời gian của Vũ trụ. Hiện chưa thực sự biết Vũ trụ trông như thế nào, vì vậy sự kết thúc của nó có thể biểu hiện theo nhiều cách.

Nếu Vũ trụ tiếp tục giãn nở, năng lượng sẽ được phân tán ra rất nhiều đến mức cuối cùng tất cả các khu vực bên trong nó sẽ vẫn ở cùng một nhiệt độ. Đây được gọi là Big Freeze, khi tương tác giữa các hạt phân tử sẽ ngừng lại và Vũ trụ sẽ vẫn ở trạng thái đóng băng mãi mãi.

Nhưng nếu bạn không thích ý tưởng về một Vũ trụ lạnh lẽo, tối tăm, cằn cỗi, thì đừng lo lắng! Vẫn còn nhiều khả năng không ngờ hơn về cách Vũ trụ sẽ kết thúc.

Như chúng ta đã biết, Vũ trụ đang tăng tốc trong quá trình giãn nở của nó. Nếu nó tiếp tục giãn nở với tốc độ ngày càng tăng này, nó có thể giãn nở quá nhanh đến nỗi lực hấp dẫn không thể giữ bất cứ thứ gì lại với nhau nữa. Vụ nổ lớn sẽ xảy ra và mọi thứ từ thiên hà đến nguyên tử sẽ bị xé toạc. Tất cả những gì còn lại là các hạt đơn lẻ di chuyển qua một không gian dường như trống rỗng, vô thời gian.

Tuy nhiên, vẫn có thể có hy vọng, vì một số nhà khoa học nói rằng Vũ trụ sẽ không giãn nở mãi mãi. Thuyết Vụ nổ lớn cho rằng, trong tương lai, lượng vật chất trong Vũ trụ sẽ lớn đến mức lực hấp dẫn khiến quá trình giãn nở chậm lại và dừng lại. Sau đó, nó sẽ đảo ngược, khiến Vũ trụ co lại cho đến khi kết hợp thành một điểm nhỏ gọi là điểm kỳ dị trước khi giãn nở ra một lần nữa, kích hoạt một Vụ nổ lớn khác và dẫn đến sự ra đời của một Vũ trụ mới. Quá trình này có thể xảy ra lặp đi lặp lại, Vũ trụ của chúng ta & các vũ trụ trong tương lai bị kẹt trong một chu kỳ co lại, rồi giãn nở không bao giờ kết thúc.

Thời gian cho đến khi Vũ trụ kết thúc: khoảng 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000,
000. ... 00,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 năm... có thể.