Con người có thể cứu Mặt Trời khỏi cái chết?

Câu hỏi: Hàng trăm tỉ năm sau, liệu con người có thể cứu Mặt Trời khỏi cái chết bằng cách cung cấp cho nó một nguồn khí hydro không?

Trả lời: Gavin Tabor, cả đời đam mê thiên văn học.

Nguồn: https://qr.ae/pNneTM

________________

Không thể.

Thực ra đây là một câu hỏi rất thú vị – dù ban đầu đã định bỏ qua nhưng sau đó tôi đã cân nhắc một chút. Các ngôi sao không chết (hay nói đúng hơn là chuyển sang giai đoạn mới của cuộc đời) vì thiếu hydro, mà bởi vì chúng đã tích tụ quá nhiều khí heli.

Chúng ta thường vẽ một đồ thị gọi là biểu đồ Hertzsprung-Russell (biểu đồ H-R)[1], thể hiện độ sáng và nhiệt độ bề mặt như hình dưới (lấy từ cuốn sách The Cosmic Perspective, tác giả Bennet, Donahue, Schneider và Voit). Mặt Trời hiện đang nằm trên Dãy chính[2]; nghĩa là nhờ năng lượng nhiệt trong vùng lõi đặc tổng hợp các hạt nhân nguyên tử hydro thành hạt nhân heli. Việc này giải phóng ra một năng lượng giữ cho phần lõi luôn nóng và giúp Mặt Trời chống lại trọng lực đang kéo nó về phía trong – tất cả các ngôi sao đều ở trạng thái cân bằng giữa các lực này; áp suất đẩy ra ngoài bởi năng lượng nhiệt phát ra từ lõi cân bằng với áp suất nén vào trong của trọng lực. Tuy nhiên, sản phẩm cuối cùng của các phản ứng này là khí Heli, mà ở nhiệt độ này, chúng sẽ tồn tại dưới dạng hạt nhân trơ – không thể tổng hợp được nữa, và ngày càng chất đống trong lõi Mặt Trời.

Cuối cùng, phần lõi trở nên quá lớn và đặc đến nỗi các phản ứng hợp hạch không thể thực hiện được nữa, sau đó nó sụp đổ và nóng dần lên. Lúc đó, một trong hai điều này sẽ xảy ra:

Trong trường hợp thứ hai, phản ứng hợp hạch tạo ra thêm năng lượng giúp ổn định phần lõi đang sụp đổ. Phần lõi càng nóng hơn nữa nên một phần nhiệt của nó được truyền đến các lớp bên ngoài, nghĩa là ngôi sao sẽ phồng lên và trở thành một sao khổng lồ đỏ[5], di chuyển khỏi Dãy chính và tiến vào góc trên bên phải trong biểu đồ H-R. Trên thực tế, sau đó toàn bộ quá trình lại được lặp lại; sản phẩm phụ của chu trình CNO[6] được tích lũy ở phần lõi sau đó lại sụp đổ và bắt đầu tổng hợp các nguyên tố nặng hơn khác v..v… cuối cùng kết thúc là sắt vì nó có năng lượng liên kết cao nhất – tại thời điểm này, bạn không thể lấy thêm năng lượng bằng phản ứng hợp hạch nữa, và ngôi sao càng ngày càng lớn thêm.

Giờ thì quay lại với câu hỏi. Việc Mặt Trời “chết” không phải vì nó cạn kiệt nguồn hydro, mà bởi vì no tích lũy quá nhiều heli trong lõi. Kể cả khi việc cung cấp thêm hydro là khả thi (Bạn định làm thế nào? Quẳng Sao Mộc vào Mặt Trời à?) cũng chẳng thay đổi được điều gì cả. Có chăng thì chỉ giúp đẩy nhanh quá trình mà thôi – các ngôi sao càng lớn thì càng nhanh già, vì chúng cần tổng hợp hydro thật nhanh để hỗ trợ cho khối lượng cực lớn của mình.

__________________

Chú thích

[1] Biểu đồ Hertzsprung-Russell (viết tắt là biểu đồ H-R): biểu đồ thể hiện các sao thành các điểm trên 2 tọa độ, trục tung là độ sáng tuyệt đối và trục hoành là chỉ số màu hay nhiệt độ bề mặt.

[2] Dãy chính (hoặc dải chính): một dải hay đường liên tục rõ rệt thể hiện các sao khi vẽ chúng trên biểu đồ H-R.

[3] Sao lùn trắng: thiên thể được tạo ra khi các ngôi sao có khối lượng thấp và trung bình "chết" (tiêu thụ hết nhiên liệu phản ứng hạt nhân trong sao).

[4] Tinh vân hành tinh (đám mây hành tin): một loại tinh vân phát quang chứa lớp vỏ khí ion hóa phát sáng sinh ra từ những sao khổng lồ đỏ trong giai đoạn cuối của chúng. Đây là một hiện tượng tương đối ngắn ngủi, chỉ diễn ra vài chục ngàn năm, so với tuổi đời thông thường hàng tỉ năm của một ngôi sao.

[5] Sao khổng lồ đỏ: một sao khổng lồ toả sáng với khối lượng thấp hay trung bình đang ở giai đoạn cuối hành trình tiến hoá của nó.

[6] Chu trình CNO (carbon–nitrogen–oxygen): một trong hai chuỗi phản ứng nhiệt hạch mà các ngôi sao chuyển hydro về heli.