5. Cấu trúc của khóa luận
3.3. Một số va chạm trong vũ trụ và ảnh hưởng của chúng đến vũ trụ
3.3.1. Va chạm giữa các thiên hà
Hình 3.4. Thiên hà NGC 2623 đang trong quá trình hợp nhất giữa hai thiên
hà xoắn ốc.
Cặp thiên hà bên có vẻ như là một cụm thiên hà duy nhất gọi là NGC 2623, nằm cách Trái Đất 300 triệu năm ánh sáng. Có hình dáng giống như Dải Ngân hà, chúng lao vào nhau với tốc độ khủng khiếp. Chứa đầy bụi, khí và các cụm sao trẻ, những cái đuôi xoắn ốc đối lập nhau đã vươn dài khắp chiều không gian trải dọc 50.000 năm ánh sáng, nếu tính từ phần nhân đã hợp lại làm một. Quá trình hình thành sao và phần nhân hoạt động tích cực đã khiến NGC 2623 tỏa sáng rực rỡ. Một số sự kết hợp, bao gồm NGC 2623, có thể kích thích sự hoạt động của một trong hai Hố đen khổng lồ nằm ở trung tâm thiên hà, tạo ra quang phổ điện từ tuyệt đẹp.
* Bullet Cluster
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 59 Bullet Cluster, hay sự kiện Bullet Cluster "1E 0657-56", là cuộc đụng độ giữa hai đám thiên hà mạnh nhất mà ngành thiên văn học hiện đại ghi nhận được, khiến cho các vì sao và vật chất tối của những thiên hà đi xuyên và tách rời nhau, trong khi những khối khí liên hành tinh giữa chúng va vào nhau và đi chậm lại. Kết quả là tạo ra thiên hà 1E 0657-56, hay Bullet Cluster.
3.3.2. Dải Ngân hà của chúng ta có khả năng va chạm với thiên hà khác
Các thiên hà va chạm với nhau nghe có vẻ là một điều không tưởng. Tuy nhiên từ các dữ liệu phân tích của phép đo Hubble cho thấy Dải Ngân hà của chúng ta đang có xu hướng tiến gần và va chạm với người hàng xóm gần nhất là thiên hà Andromède. Vụ va chạm sẽ diễn ra trong 3 tỉ năm tới và tạo nên một thiên hà khổng lồ có hình elip.
Tất cả bắt đầu từ Edwin Hubble (một nhà thiên văn học người Mỹ). Năm 1924, ông đã phát hiện một vài tinh vân trên bầu trời có khoảng cách đủ xa để chứng minh rằng chúng không thuộc Dải Ngân hà. Hubble đã sử dụng kính thiên văn Mount Wilson và phát hiện sự thay đổi độ sáng theo từng thời kỳ của ngôi sao Cepheid thuộc thiên hà Andromède. Từ đó ông bắt đầu tính toán khoảng cách với thiên hà Andromède và sự di chuyển của nó trong vũ trụ.
Hình 3.6. Minh họa vụ va chạm giữa thiên hà Milky Way và thiên hà Andromeda.
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 60 Hubble cũng chứng minh được rằng sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà tỉ lệ thuận với khoảng cách đến Dải Ngân hà của chúng ta. Sự dịch chuyển đỏ trên các vạch quang phổ ánh sáng của một thiên hà phản ánh tốc độ tương đối của nó so với thiên hà của chúng ta. Sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà gây ra bởi sự mở rộng không ngừng của vũ trụ, do đó các thiên hà càng ngày càng cách xa nhau. Tuy nhiên đối với thiên hà Andromède, Hubble nhận thấy sự thay đổi trên vạch quang phổ dần về màu xanh, nghĩa là chuyển động tương đối của Andromède với Dải Ngân hà nhanh hơn rất nhiều so với sự mở rộng của vũ trụ.
Hiện nay, thiên hà Andromeda đang cách chúng ta 2,3 triệu năm ánh sáng và di chuyển về hướng chúng ta với tốc độ 90 km/s. Sau khi chụp được các bức ảnh từ thiên hà Andromède, bằng máy phân tích CCD của kính thiên văn Hubble, các nhà thiên văn đã phân tích sự dịch chuyển theo chiều ngang của thiên hà thông qua các ngôi sao. Đến một lúc nào đó, sự dịch chuyển ngang của thiên hà Andromède sẽ bằng không, tức là nó đang di chuyển thẳng hướng đến Dải Ngân hà của chúng ta. Và sự va chạm giữa 2 thiên hà khổng lồ này trong tương lai sẽ không thể tránh khỏi.
Với các tính toán hiện nay, các nhà thiên văn dự đoán vụ va chạm có thể xảy ra trong 3 tỉ năm nữa. Cú va chạm này sẽ kéo dài trên một tỉ năm, khi hai thiên hà này xích lại gần nhau, theo nhà vật lý thiên văn người Mĩ gốc Việt - Gs Trịnh Xuân Thuận, thời gian đầu chúng sẽ quay quanh nhau trong một “ vũ điệu thiên hà”, sau đó hai thiên hà sẽ mất đi bản chất xoắn ốc của chúng và hợp nhất thành một và tạo nên một thiên hà mới hình elip nặng hơn gấp hai lần. Thiên hà mới này sẽ được bao quanh bởi một đám với nhiều các thiên hà lùn. Theo thời gian, các thiên này cũng sẽ bị nuốt sống bởi thiên hà elip háu ăn.
Hậu quả của vụ va chạm được báo trước này là các đám mây phân tử của Ngân hà sẽ va chạm trực diện với các đám mây phân tử của thiên hà Andromède,
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 61 gây ra các sóng xung kích dữ dội. Các sóng này, sau khi nén khí và làm cho nó nóng lên đến hơn mười triệu độ, sẽ khởi phát phản ứng tổng hợp hạt nhân Hiđro thành Heli, và cho ra đời rất nhiều sao. Vụ va chạm của hai thiên hà như vậy sẽ được chào đón bằng sự ra đời của hàng loạt sao trẻ. Mặc dù hai thiên hà va chạm nhau, nhưng những ngôi sao ở xa nhất ngoài khu vực tiếp xúc sẽ không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên chúng sẽ chịu lực tác động lớn và sẽ bị ném vào các quỹ đạo khác nhau trong thiên hà mới. Sự mô phỏng cho thấy rằng Hệ Mặt Trời của chúng ta sẽ bị ném ra xa hơn rất nhiều so với trung tâm thiên hà mới. Sau khi hình thành thiên hà mới, nó sẽ tạo nên một sự hỗn loạn giữa các quỹ đạo của các ngôi sao. Từ đây có thể xảy ra nhiều vụ va chạm khác.
Hình 3.7. Số phận của Mặt Trời khi thiên hà Milky Way và Andromeda sát nhập.
Tuy nhiên trước khi xảy ra vụ va chạm giữa hai thiên hà, chúng ta vẫn còn nhiều mối lo lắng ngay trong Hệ Mặt trời. Một trong số những lo lắng đó là Mặt Trời có thể đi đến quá trình cuối cùng của một ngôi sao, nó sẽ tạo ra một vụ nổ siêu tân tinh và nhấn chìm mọi hành tinh trong Hệ Mặt trời. Hơn nữa, sau 3 tỉ năm
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 62 chúng ta cũng không biết trước điều gì sẽ xảy ra, do đó những mối lo ngại về một vụ va chạm kinh hoàng trong vũ trụ vẫn còn rất xa vời.
3.3.3. Thiên thạch
Thiên thạch trong tiếng Việt hiện nay được dùng không thống nhất, để chỉ nhiều loại thiên thể với các bản chất hoàn toàn khác nhau.
Thiên thạch là một vật thể tự nhiên đến từ ngoài không
gian và tác động đến bề mặt Hình 3.8. Minh họa một thiên thạch trong vũ trụ.
Trái Đất. Còn trong khi ở trong không gian thì nó được gọi là vân thạch. Khi thiên thạch từ trong không gian vào đến bầu khí quyển của Trái Đất thì áp suất nén làm thiên thạch nóng lên và phát ra ánh sáng và xuất hiện cái đuôi thiên thạch hướng từ phía Trái Đất đi ra. Người ta phân chúng thành hai loại: thiên thạch sắt và thiên thạch đá. Sắt chiếm từ 90% hàm lượng của thiên thạch sắt, còn thiên thạch đá được tạo nên bởi khí oxy, sắt, silicon, magie và nhiều nguyên tố khác.
Thường thì khi thiên thạch di chuyển với vận tốc nhanh và khi va vào bề mặt của một hành tinh hay tiểu hành tinh thì nó để lại trên bề mặt của hành tinh đó những mảnh vỡ hay những dấu vết của sự va chạm. Chúng ta có thể thấy rõ những ảnh chụp từ trong không gian của NASA về những vết rỗ trên Mặt Trăng hay trên Hỏa tinh (Sao Hỏa), vì ở đây không có gió nên là do thiên thạch gây ra.
Trên thế giới đã tìm thấy rất nhiều những nơi có dấu vết của vụ va chạm thiên thạch để lại. Tính đến giữa năm 2006, trên thế giới đã có khoảng 1050 mẫu
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 63
thiên thạch từ những vụ va chạm và có khoảng 31000 tài liệu ghi chép về thiên
thạch.[9]
Những thiên thạch được đặt cái tên theo nơi mà được tìm thấy chúng, thường là một thành phố hay thị trấn hoặc gần một nơi nào đó xét về mặt địa lý. Còn trong trường hợp tìm thấy
nhiều thiên thạch ở cùng một nơi thì thêm vào những ký tự hoặc chữ số vào sau tên gọi (ví dụ như, Allan Hills 84001 hay Dimmitt (b)).
Một số thiên thạch được đặt một biệt hiệu hoàn toàn khác: thiên thạch Sylacauga ở trong thành phố Talladega, Alabama, County, … Tuy
Hình 3.9. Willamette Meteorite - thiên thạch to nhất được tìm thấy ở Hoa Kỳ.
nhiên, những cái tên biệt hiệu này thường được các nhà khoa học, thiên văn học nghiên cứu và đặt tên. Một thiên thạch có kích cỡ một trái bóng sẽ gây ra ít hư hại - trừ khi nó rơi trúng đầu con người. Nhưng chưa từng có người nào bị chết do thiên thạch rơi trúng, mặc dù xe cộ và nhà cửa, đường sá ... đã từng bị hư hại nhiều.
Các nhà thiên văn học đang tìm những thiên thạch lớn bởi chúng có thể là một tai họa nghiêm trọng. Một vật có đường kính nhỏ hơn 50m sẽ cháy rụi trên đường đi, nhưng phần còn lại của một khối đá có đường kính 1km khi rơi xuống mặt đất vẫn đủ sức xóa sạch một thành phố. Nhưng mà vũ trụ của chúng ta rất rộng lớn, khả năng đó rất nhỏ, có thể chỉ vài trăm năm một lần.
Chúng ta có thể nhìn thấy những vết thương trên Trái Đất do các thiên thạch gây ra. Nhiều nhà khoa học còn cho rằng nguyên nhân khiến cho loài khủng long biến mất là do một thiên thạch lớn rơi xuống Trái Đất vào 64 triệu năm trước
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 64 và đâm vào Trung Mỹ. Vụ va chạm này làm tung lên lớp bụi che lấp ánh sáng Mặt Trời trong nhiều năm, giết chết các loài thực vật - thức ăn của loài khủng long.
Ngày 15/2, một khối thiên thạch từ vũ trụ lao xuống vùng Chelyabinsk thuộc miền trung nước Nga vào khoảng 9h sáng. Nó bốc cháy trong khí quyển, gây nên tiếng nổ lớn kèm theo ánh sáng chói lòa trên bầu trời. Vụ nổ khiến gần 1.200 người bị thương và gây thiệt hại vật chất hàng chục triệu USD. Xung chấn từ vụ nổ khiến hàng vạn cửa sổ trong vùng vỡ tan. Phần lớn nạn nhân bị thương nhẹ do các mảnh kính vỡ văng vào cơ thể.
Hình 3.10. Vệt khói thiên thạch để lại trên bầu trời sau khi nó lao xuống vùng Chelyabinsk của Nga hôm 15/2/13 và mẫu thiên thạch thu được.
Vụ thiên thạch nổ tung trên bầu trời phía Bắc nước Nga hôm 15/2 vừa qua đã càn quét một vùng rộng lớn, gây hoảng hốt cho nước Nga; đưa cả thế giới đi từ bất ngờ đến chấn động, để rồi cùng nhận ra một sự thật: Chúng ta chưa có một sự chuẩn bị cần thiết để đối phó với những cơn “thịnh nộ” của vũ trụ.
Thiên thạch có thể rơi xuống bất cứ nơi nào trên Trái Đất chứ không riêng vùng nào, và lần này, nơi gánh chịu hậu quả là nước Nga. Tiếng nổ của thiên thạch tạo nên một sóng chấn động lớn, làm vỡ nhiều cửa kính và làm hư hại nặng nhà cửa, các trường học, bệnh viện, nhà máy, sân vận động…
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 65 Giáo sư Jocelyn Bell Burnell, nhà vật lý thiên văn người Anh từng phát hiện sao xung (những ngôi sao neutron xoay cực nhanh), nghĩ rằng thứ có thể hủy diệt nền văn minh là một thiên thạch tối. Theo bà, nếu một thiên thạch tối có chiều rộng chừng 10km đâm trúng Trái Đất, sự tồn tại của loài người sẽ kết thúc. Con người có thể phát hiện phần lớn thiên thạch nhờ băng và tuyết trên bề mặt của chúng. Nhưng thiên thạch tối không có hoặc có rất ít băng, tuyết. Ngoài ra bề mặt của chúng còn bị bao phủ bởi một lượng bụi lớn khiến khả năng phát hiện chúng càng giảm.
Giáo sư Jocelyn Bell Burnell nói rằng cú va chạm giữa một thiên thạch tối với Trái Đất không thể tiêu diệt toàn bộ người trên địa cầu, song một lượng bụi khổng lồ sẽ bay vào không khí và lan khắp toàn cầu khiến hàng tỉ người chết dần vì các bệnh ở đường hô hấp. Do bụi cản ánh sáng Mặt Trời, các mùa xuân, hè và thu sẽ biến mất, nhường chỗ cho mùa đông dài dằng dặc. Do nhiệt độ xuống tới mức cực thấp và ánh sáng Mặt Trời biến mất, cây lương thực chết hàng loạt khiến nạn đói bùng phát khắp hành tinh.
3.3.4. Bùng nổ tia gamma (Gamma Ray Bursts – GRB)
Năm 1967 vệ tinh do thám Vela của Mĩ, trong khi giám sát từ không trung các vụ thử nghiệm vũ khí hạt nhân của Liên Xô (cũ) đã ghi nhận được một cách tình cờ hiện tượng GRB xảy ra ở một nơi xa thẳm nào đó cuối bầu trời.
Năm 1973, Mĩ mới cho công bố những tư liệu liên quan GRB tại một Hội thảo quốc tế về tia vũ trụ. Ở đây, nhà nghiên cứu Jacques Paul (CEA) đã phát biểu tại hội thảo về sự phát hiện GRB: “Tôi nhớ rằng, hồi đó, ai cũng hết sức ngạc nhiên về sự xuất hiện sự bùng nổ tia gamma và không thể nào tưởng tượng được năng lượng khổng lồ phát ra cũng như cơ chế tạo ra hiện tượng đó”.
Những năm gần đây, với vệ tinh Beppo-SAX của nước Ý có trang bị đêtectơ tia gamma và tia roentgen, các nhà thiên văn đưa ra kết luận rằng các vụ
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 66 GRB xảy ra ở biên của vũ trụ với khoảng cách nhiều tỉ năm ánh sáng. Nhiều nhà nghiên cứu đồng tình với kết luận này vì nếu GRB xảy ra trong Ngân hà (trong đó có Trái Đất) và GRB hướng về Trái Đất thì cuộc sống ở đây đã bị hủy diệt từ lâu rồi.
*Bản chất và phân loại GRB:
Bùng nổ tia gamma GRB trong vũ trụ xuất hiện trong một thời gian rất ngắn và phát ra một lượng khổng lồ tia gamma với năng lượng cực lớn, có thể bằng cả tổng năng lượng Mặt Trời phát ra trong 10 tỉ năm tồn tại.
GRB kéo dài trong khoảng thời gian từ vài milligiây (gọi là GRB ngắn) đến chừng vài phút (gọi là GRB dài). GRB thường kèm theo phát ra một số bức xạ tồn dư (afterglow) gồm có tia gamma và những bức xạ có bước sóng dài như tia X, tia cực tím UV, các tia ở vùng nhìn thấy, tia hồng ngoại IR và sóng radio.
Có 2 giả thuyết về GRB: Một loại giả thuyết cho rằng GRB có thể phát ra từ các vụ nổ rất mạnh làm xuất hiện lỗ đen. Một giả thuyết khác cho rằng GRB xuất hiện do va chạm của hai ngôi sao neutron. Cả hai quá trình này đều làm thoát năng lượng rất lớn.
Ngoài sự phân loại các vụ phát nổ gamma theo thời gian kéo dài, mỗi vụ phát nổ GRB được ký hiệu như sau: Sau chữ GRB đến năm phát hiện (hai số cuối), tháng (hai con số) và ngày phát hiện (hai con số). Nếu trong ngày có nhiều chớp gamma được phát hiện thì kí hiệu thêm chữ cái A, B,... Ví dụ, GRB670702 là vụ nổ gamma được phát hiện vào ngày 2 tháng 7 năm 1967. Trong số các vụ nổ phát gamma được phát hiện, có hai vụ đáng chú ý sau đây.
+ GRB080916C là một vụ nổ gamma dài được ghi nhận vào ngày 16/9/2008. Vụ nổ xảy ra cách Trái Đất khoảng 12,2 tỉ năm ánh sáng và kéo dài khoảng 23 phút, có thể coi là một khoảng thời gian rất dài đối với một vụ nổ tia
SVTH: Nguyễn Thị Minh Đạt – Lớp 09SVL 67 gamma. Theo ước tính, vụ nổ sinh ra một khoảng năng lượng tương đương 7000 lần lượng năng lượng Mặt Trời sinh ra trong cả quá trình tồn tại của nó.
+ GRB 080319B là vụ nổ gamma ngắn được ghi ngày 19/3/2008, có thể nhìn thấy bằng mắt thường trong khoảng 30 giây. Vụ nổ này được biết đến như những vụ nổ kinh hoàng nhất trong vũ trụ. Vụ nổ xảy ra cách Trái Đất 7,5 triệu