Điều gì sẽ xảy ra khi Mặt Trời đi hết vòng đời của mình?

Mặt Trời của chúng ta trông giống như một quả bóng khí khổng lồ luôn bốc cháy, nhưng điều đó cũng không phải là mãi mãi, cái gì cũng sẽ có giới hạn của nó và Mặt Trời cũng không nằm ngoài quy luật đó.

Nếu vòng đời của Mặt Trời kết thúc, điều đó chắc hẳn sẽ rất tồi tệ đối với sự sống trên Trái Đất, mọi thứ sẽ tiến hóa để thích nghi với bóng tối hoặc sẽ diệt vong mãi mãi.

Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, sau khi kết thúc vòng đời của mình, Mặt Trời sẽ không còn rực cháy như hiện tại, thay vào đó hành tinh này sẽ biến thành một khối thạch anh khổng lồ, nhưng loại thạch anh này sẽ hoàn toàn khác với những gì mà chúng ta vẫn thấy hàng ngày.

Trước khi thảo luận về các tinh thể thạch anh tại ngôi sao siêu khổng lồ này, chúng ta cần hiểu các ngôi sao như Mặt Trời có vòng đời như thế nào.

Mặt Trời tạo ra năng lượng thông qua sự hợp nhất của các nguyên tử, đồng thời lực hấp dẫn khổng lồ của nó ép và nén các nguyên tử hydro lại với nhau, ngưng tụ thành các nguyên tử helium và giải phóng một lượng lớn năng lượng và phóng thích ra lượng ánh sáng và lượng nhiệt cực lớn.

Và miễn là có đủ nhiên liệu hydro để hỗ trợ quá trình này, kích thước và nhiệt độ của lõi Mặt Trời vẫn sẽ được duy trì (khoảng 15 triệu Kelvin). Năng lượng được tạo ra từ phản ứng tổng hợp hạt nhân được tỏa ra toàn bộ hệ mặt trời và cuối cùng đã sinh ra sự tiến hóa của sự sống trên hành tinh của chúng ta.

Trong vòng đời mà Mặt Trời trải qua, giai đoạn đốt cháy hydro này kéo dài khoảng 90% thời gian và các ngôi sao trong vòng đời này được gọi là "các ngôi sao theo trình tự chính". Hiện tại, giai đoạn này của Mặt Trời đã trôi qua 4,5 tỷ năm - khoảng một nửa cuộc đời của nó.

Vậy điều gì sẽ xảy ra khi nguyên tử hydro trên Mặt Trời dần cạn kiệt?

Nếu không có áp lực bên ngoài của năng lượng được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hydro, lực hấp dẫn của Mặt Trời sẽ đè nặng lên lõi của nó, điều đó khiến lõi Mặt Trời sẽ bị nhỏ hơn và nhiệt độ của nó sẽ tăng gấp 10 lần. Hạt nhân helium nặng hơn sẽ bắt đầu hợp nhất và một lần nữa tạo ra áp lực bên ngoài để duy trì sự cân bằng cho Mặt Trời. Người ta dự đoán rằng điều này sẽ bắt đầu xảy ra sau khoảng 5 tỷ năm nữa và được đánh dấu bằng một vụ nổ năng lượng bất ngờ gọi là "Helium flash". Trong quá trình tổng hợp helium, carbon và oxy được hình thành, và nhiệt độ của lõi sẽ trở lại mức ban đầu.

Chẳng mấy chốc, các nguyên tố nặng hơn sẽ bắt đầu hợp nhất một lần nữa và khiến cho Mặt Trời bắt đầu thay đổi vẻ bên ngoài. Nó sẽ bắt đầu phình to, những cơn gió Mặt Trời dữ dội sẽ quét qua không gian giữa các vì sao và các lớp bề mặt của hành tinh này sẽ bắt đầu bong ra. Tuy nhiên, khối lượng của Mặt Trời lại không đủ để cho nó phát nổ để trở thành siêu tân tinh - là một sự kiện thiên văn học biến đổi tức thời xảy ra trong giai đoạn cuối của quá trình tiến hóa sao ở các sao khối lượng lớn đánh dấu sự hủy diệt của ngôi sao đó. Thay vào đó, Mặt Trời có thể sẽ mở rộng ra ngoài quỹ đạo Trái đất và đốt cháy hành tinh của chúng ta.

Sau đó, khí còn lại ở lớp ngoài của ngôi sao này sẽ được gió Mặt Trời thổi vào không gian và bị ion hóa thành plasma Mặt Trời, tạo thành tinh vân hành tinh tuyệt đẹp. Tinh vân này rất giàu các nguyên tố nặng mới hình thành và sẽ tiếp tục được sử dụng để tạo ra các thế hệ sao và hành tinh tiếp theo. Sau khi lớp ngoài tách ra, phần còn lại và lõi sẽ đủ nóng trong 5 - 10 nghìn năm và được gọi là sao lùn trắng. Đây là một ngôi sao nhỏ có mật độ cao và rất nặng, nhưng sẽ dần dần giảm nhiệt độ và nguội lạnh.

Sao lùn trắng sẽ dập tắt và mờ đi trong hàng tỷ năm, nhưng đây không phải là kết thúc của câu chuyện. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Warwick, Vương quốc Anh, tình cờ phát hiện ra một bí mật còn ẩn giấu đằng sau đó.

Ngay sau khi hình thành, sao lùn trắng sẽ trở nên rất nóng, tỏa ra năng lượng mạnh mẽ từ lõi của ngôi sao chuỗi chính từng có. Trong hàng tỷ năm sau khi hình thành, các sao lùn trắng sẽ từ từ hạ nhiệt và đến một lúc nào đó, oxy và carbon bên trong sẽ trải qua một sự thay đổi - tương tự như sự đóng băng của nước.

"Tất cả các sao lùn trắng sẽ kết tinh tại một số điểm trong quá trình tiến hóa của chúng và các sao lùn trắng lớn hơn sẽ trải qua quá trình này nhanh hơn", Pierre Emmanuel, trưởng phòng nghiên cứu và khoa vật lý tại Đại học Warwick cho hay.

Nhóm của ông đã phân tích các quan sát và đo độ sáng cũng như màu sắc của 15.000 sao lùn trắng cách Trái Đất trong phạm vi 300 năm ánh sáng cho thấy có rất nhiều ngôi sao chỉ có một màu sắc và độ sáng nhất định. Họ nhận ra rằng nhóm sao lùn trắng này đại diện cho một giai đoạn tương tự trong quá trình tiến hóa của sao.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng một số ngôi sao này đã sống lâu hơn 2 tỷ năm.

"Đây là bằng chứng trực tiếp đầu tiên về tinh thể lùn trắng, hoặc sự biến đổi chất lỏng thành chất rắn", Pierre Emmanuel cho biết thêm.

Một sao lùn trắng tinh thể không chỉ là một ngôi sao. Khi vật chất của sao lùn trắng kết tinh chúng sẽ được sắp xếp theo cấp độ lượng tử và hạt nhân nguyên tử được sắp xếp thành một mạng ba chiều, tạo thành lõi oxy kim loại và lớp ngoài giàu carbon.

Vì vậy, sau cái chết của những ngôi sao như Mặt Trời, câu chuyện của chúng vẫn chưa kết thúc. Tất cả các sao lùn trắng sẽ trải qua giai đoạn kết tinh này, để lại rất nhiều mảnh vụn giống như ngôi sao trong thiên hà.