CHƯƠNG III : MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG TRONG VŨ TRỤ
4.3. Ảnh hưởng của sự giãn nở vũ trụ
Về lâu dài, vũ trụ tăng tốc giãn nở sẽ làm cho phần lớn các thiên hà tách ra xa nhau tới những khoảng cách mà những thế hệ sau này sẽ khơng thể nhìn thấy chúng nữa và khoảng không bao la của vũ trụ sẽ rất trống rỗng và hoang vắng. Những thế hệ loài người sau này sẽ sống trong một vũ trụ có mật độ ngày càng thấp hơn bởi sự tăng tốc giãn nở của vũ trụ. Không gian sẽ rộng ra tới mức các hạt vật chất không thể kết tụ với nhau được nữa, khơng một cấu trúc mới nào có thể được hình thành. Khoảng trong vài chục tỉ năm nữa, Ngân hà sẽ trở thành chỉ là một hòn đảo nhỏ mất hút trong đại dương vũ trụ bao la. Khoảng 100 tỉ thiên hà hiện nay - mà các nhà khoa học với nhưng thiết bị hiện đại đã phát hiện được - sẽ ở xa nhau tới mức chúng sẽ biến mất khỏi tầm nhìn của chúng ta. Chỉ cịn nhìn thấy được khoảng vài trăm thiên hà gắn với nhau bởi lực hấp dẫn trong siêu đám Vierge, mà Ngân hà của chúng ta là một thành viên. Vì lúc đó trên bầu trời sẽ cịn rất ít các thiên thể nên các nghiên cứu về thiên văn học mà các thế hệ sau này có thể thực hiện là rất hạn chế (dù khoa học kĩ thuật lúc này đã phát triển hiện đại và tối tân hơn).
*Đêm dài
Sau một khoảng thời gian lâu hơn nữa, tất cả các sao đều không phát ra ánh sáng nhìn thấy nữa khi chúng cạn kiệt nguồn năng lượng Hydro. Lúc này trong vũ
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 76 trụ nằm đầy rẫy những sao khơng phát sáng nhìn thấy như các Hố đen, các sao nơtron, các sao lùn đen. Một bóng đêm dày đặc bao trùm vũ trụ trong thời gian 1000 tỉ năm (1012
năm). Khoảng cách trung bình của các thiên hà tăng từ 1 triệu năm ánh sáng như hiện nay lên 20 triệu năm ánh sáng. Tuy rằng không phát ra ánh sáng nhìn thấy, nhưng các ngơi sao trong một thiên hà vẫn chịu tác dụng của lực hấp dẫn. Và lực hấp dẫn sẽ làm cho một số sao có thêm năng lượng bằng việc tăng tốc độ cho chúng và một số khác thì mất đi năng lượng. Những sao có thêm năng lượng sẽ có vận tốc lớn và có thể thốt khỏi thiên hà, những sao bị mất đi năng lượng sẽ bị rơi vào tâm của thiên hà và làm cho tâm thiên hà ngày càng đặc hơn. Và qua thời gian khoảng 1 tỉ tỉ năm (1018 năm) thì những ngơi sao rơi vào tâm thiên hà (chiếm 1% khối lượng của thiên hà ban đầu) sẽ va chạm với nhau và phát sáng, quá trình này kéo dài 1 tỉ năm và sao đó sẽ chấm dứt để tạo ra các Hố đen khổng lồ gọi là Hố đen thiên hà có khối lượng khoảng 1 tỉ khối lượng của Mặt Trời có bán kính chân trời sự kiện khoảng một nửa bán kính của hệ Mặt Trời hiện nay. Việc tạo thành Hố đen thiên hà là do sự biến đổi do hấp dẫn của một thiên hà mang lại. Chúng ta cũng biết rằng, các thiên hà cũng phân bố không đồng đều mà tập trung thành từng đám gọi là đám thiên hà gồm khoảng 1 tỉ thiên hà. Những thiên hà trong đám thiên hà này cũng giống như các ngôi sao trong một thiên hà, một số mất năng lượng, một số tăng năng lượng. Số mất năng lượng cũng sẽ tạo thành một Hố đen, nhưng lớn hơn nhiều Hố đen thiên hà gọi là Hố đen siêu thiên hà, có khối lượng gấp 1000 tỉ khối lượng Mặt Trời. Việc tạo thành Hố đen siêu thiên hà sẽ hoàn tất tại thời điểm 1 tỉ tỉ tỉ năm (1027
năm). Lúc đó vũ trụ sẽ gồm các tiểu hành tinh, các hành tinh như Trái Đất, các Hố đen cỡ vài hệ Mặt Trời, các Hố đen thiên hà và các Hố đen siêu thiên hà.
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 77
PHẦN KẾT LUẬN
Thiên văn học là một trong những môn khoa học ra đời sớm nhất trong lịch sử loài người. Tuy nhiên, cũng giống như nhiều môn khoa học cơ bản khác, thiên văn học ở Việt Nam – một nước nghèo, nơi khoa học bị chi phối bởi những quan điểm phiến diện và thực dụng – thường bị đặt câu hỏi về sự cần thiết của nó đối với cuộc sống. Vì vậy thiên văn học ở nước ta phát triển vẫn còn chậm, chưa theo kịp sự phát triển của nhiều nước trên thế giới. Tháng 12/2011, trong lần gần nhất trở lại Việt Nam, GS. Trịnh Xuân Thuận – nhà vật lý thiên văn người Mĩ gốc Việt tại Đại học Virginia – đã nhận xét thẳng thắn rằng: “Tơi nghĩ rằng Việt Nam chưa có ngành thiên văn học. Việt Nam chưa có cái kính thiên văn nào có thể khảo cứu được bầu trời, quan sát được tồn bộ vũ trụ.” Ngun nhân thì rất nhiều, trong đó có nguyên nhân cơ bản là nghiên cứu khoa học nói chung và khoa học cơ bản nói riêng ở Việt Nam phụ thuộc gần như hoàn toàn vào ngân sách nhà nước. Mà thiên văn học là một ngành khoa học rất tốn kém kinh phí thực hiện, vì vậy nó khơng nhận được bất cứ sự ưu tiên nào. Việt Nam là một nước đang phát triển, chưa có điều kiện đầu tư nhiều. Tuy nhiên, con người Việt Nam vẫn ln có niềm đam mê khoa học, sáng tạo, say mê nghiên cứu, cho nên có rất nhiều những diễn đàn, hội, nhóm thiên văn nghiệp dư được chính những người yêu thích thiên văn lập nên và được đông đảo thành viên tham gia. Hiện nay, xã hội phát triển ngày càng mạnh mẽ, đặc biệt là về khoa học kĩ thuật, với hoài bão, khát khao chinh phục lớn lao, con người đang ngày càng đi xa hơn, sâu hơn vào nghiên cứu vũ trụ rộng lớn và đã thu được rất nhiều kết quả. Việt Nam ta, không phát triển được như nhiều nước trên thế giới, cho nên, việc trang bị tri thức cho thế hệ trẻ là rất quan trọng, để tránh nguy cơ bị tụt hậu. Tuy là dự đoán khoảng 5 tỉ năm nữa Mặt Trời mới chết, sự cạn kiệt nguồn năng lượng trên Trái Đất cũng đã và đang đặt ra bài tốn đi tìm kiếm các nguồn năng lượng mới để duy trì sự sống cho lồi người chúng ta. Việt
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 78 Nam chưa đủ điều kiện về cơ sở vật chất để trực tiếp tự nghiên cứu, còn phụ thuộc vào nước ngoài. Cho nên kiến thức thiên văn là không thể thiếu, đặc biệt đối với thế hệ trẻ, cần có biện pháp để đưa kiến thức thiên văn tiếp cận với thế hệ trẻ, đồng thời cần khuyến khích tinh thần say mê, yêu khoa học, yêu thiên văn học, từ đó sẽ đưa ngành thiên văn học ở Việt Nam ngày càng phát triển hơn.
Với đề tài mình chọn, tơi muốn tìm hiểu thêm nhiều về ngành thiên văn học. Tuy nhiên với giới hạn cho phép của đề tài, của thời gian tiến hành, điều kiện tiến hành, tơi chỉ tìm hiểu được một số khía cạnh cơ bản của vũ trụ như: tìm hiểu khái quát về lịch sử hình thành của vũ trụ, thiên hà; tìm hiểu các sao, cấu tạo, q trình tiến hóa của chúng; tìm hiểu vật chất tối, năng lượng tối – loại vật chất, năng lượng chiếm đa số trong vũ trụ. Từ đó đi đến tìm hiểu một số hiện tượng xảy ra trong vũ trụ như: sự giãn nở của vũ trụ, thiên thạch, rác vũ trụ; tìm hiểu sự hình thành, cấu tạo và hoạt động của hố đen. Cuối cùng tìm hiểu những ảnh hưởng của các hiện tượng đó đến vũ trụ - cụ thể là đối với Dải Ngân hà của chúng ta như thế nào,… Mặc dù đã có khơng ít các tài liệu có đề cập đến những kiến thức này, thế nhưng với hạn chế về thời gian và bởi lần đầu thực hiện một bài nghiên cứu, nội dung khóa luận này của tôi sẽ không tránh khỏi những sai sót, thiếu hụt những kiến thức mà bản thân tơi chưa tìm hiểu kịp, bởi kiến thức của vũ trụ thì nhiều lắm. Tơi mong sao, sản phẩm của mình có thể làm tài liệu tham khảo cho những ai yêu thích thiên văn, đặc biệt cho những thế hệ sau này – có thể là những sinh viên khoa Vật lý khóa sau, các bạn sẽ chắt lọc những cái hay để tiếp thu, còn những thiếu sót, tơi mong đó sẽ là những hướng đi mới cho các bạn tìm hiểu. Tơi hi vọng sẽ nhận được những góp ý, bổ sung để sản phẩm này hoàn chỉnh hơn.
Cuối cùng, tơi hi vọng nội dung và cách trình bày của tơi trong đề tài này sẽ khiến người đọc thích thú nó, từ đó tham gia tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện đề tài này. Và mong muốn xa hơn nữa là sẽ mang lại cho những thế hệ sau này lòng say
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 79 mê, yêu thích thiên văn, bởi kiến thức thiên văn là vô hạn mà ước muốn chinh phục vũ trụ của con người thì khơng chỉ khơng tắt đi mà ngày càng lớn lên theo thời gian.
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Những con đường của ánh sáng – Trịnh Xuân Thuận – NXB Trẻ. [2]. Lược sử thời gian – Stephen Hawking – NXB Trẻ.
[3]. Thiên văn Vật lý – Astrophysics – GS.TS Nguyễn Quang Riệu – NXB Giáo Dục.
[4]. Lang thang trên Dải Ngân hà – GS.TS Nguyễn Quang Riệu – NXB Văn hóa thơng tin.
[5]. Ba phút đầu tiên – Một cách nhìn hiện đại về nguồn gốc vũ trụ – Steven Weinberg – NXB Khoa học và Kĩ thuật.
[6]. Hành trình giải mã bí ẩn của năng lượng tối trong vũ trụ – Đặng Trần Hoàng.
[7]. Quynh Lan_Dark Matter and Dark Energy.pdf on astronomy and astrophysic, HCM city univercity of pedagogy november 21 – 25, 2011).
[8]. Bài giảng Vật lý thiên văn – Th.s Trương Thành – Khoa Vật lý, Trường ĐHSP Đà Nẵng. * Các Wesbsite: [09] http://vi.wikipedia.org/wiki [10] http://ebooks.vdcmedia.com [11]www.bachkhoatrithuc.vn [12]www.thuvienkhoahoc.com [13] http://tailieu.vn [14] http://tusach.thuvienkhoahoc.com [15] www.physicsworld.com [16] thuvienvatly.com [17] http://thienvanhanoi.org
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 81
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1
2. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 3
3. Nội dung nghiên cứu: ...................................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 3
5. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................... 3
6. Kết quả đạt được ............................................................................................. 4
5. Cấu trúc của khóa luận .................................................................................. 4
PHẦN NỘI DUNG ................................................................................................. 5
CHƯƠNG I: CẤU TRÚC VŨ TRỤ VÀ CÁC SAO ............................................ 5
1.1. Sơ lược về vũ trụ .......................................................................................... 6
1.1.1. Một số thuyết về vũ trụ ........................................................................ 6
1.1.1.1. Thuyết tương đối rộng – thuyết tương đối tổng quát ................. 6
1.1.1.2. Thuyết BIGBANG ........................................................................ 11
1.1.2. Thiên hà ............................................................................................... 17
1.2. Các sao ........................................................................................................ 20
1.2.1. Cấu tạo chung của một ngôi sao ....................................................... 20
1.2.2. Một số vấn đề xung quanh một ngơi sao .......................................... 22
1.2.2.1. Q trình tiến hóa của các ngơi sao ............................................ 22
1.2.2.2. Tuổi của các ngôi sao ................................................................... 27
CHƯƠNG II: VẬT CHẤT TỐI, NĂNG LƯỢNG TỐI .................................... 29
2.1. Khái niệm cơ bản ....................................................................................... 29
2.1.1. Vật chất tối (dark matter) ................................................................. 29
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 82
2.2. Đặc điểm, cấu tạo của vật chất tối, năng lượng tối ................................. 34
2.2.1. Đặc điểm, cấu tạo của vật chất tối .................................................... 36
2.2.1. Đặc điểm của năng lượng tối ............................................................. 37
2.3. Một số nhận xét .......................................................................................... 38
CHƯƠNG III: MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG TRONG VŨ TRỤ ........................... 41
3.1. Hố đen ......................................................................................................... 41
3.1.1. Hố đen là gì? ....................................................................................... 41
3.1.2. Cấu tạo của Hố đen ............................................................................ 42
3.1.3. Sự hình thành Hố đen ........................................................................ 44
3.1.4. Các loại Hố đen................................................................................... 46
3.2. Vũ trụ giãn nở ............................................................................................ 49
3.3. Một số va chạm trong vũ trụ và ảnh hưởng của chúng đến vũ trụ ....... 58
3.3.1. Va chạm giữa các thiên hà ................................................................ 58
3.3.2. Dải Ngân hà của chúng ta có khả năng va chạm với thiên hà khác ................................................................................................................................ 59
3.3.3. Thiên thạch ......................................................................................... 62
3.3.4. Bùng nổ tia gamma (Gamma Ray Bursts – GRB) .......................... 65
3.3.5. Rác vũ trụ ............................................................................................ 67
CHƯƠNG IV: NGÂN HÀ TRƯỚC MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG TRONG VŨ TRỤ ........................................................................................................................ 68
4.1. Ảnh hưởng của Hố đen .............................................................................. 68
4.2. Ảnh hưởng của các vụ nổ, va chạm xảy ra trong vũ trụ ........................ 73
4.3. Ảnh hưởng của sự giãn nở vũ trụ ............................................................. 75
PHẦN KẾT LUẬN ............................................................................................... 77