Lý do không gian vũ trụ tối đen dù có nhiều ngôi sao chiếu sáng

Vì sao không gian vũ trụ tối đen? Có thể do ai đó quên chưa đóng tiền điện? Không phải như vậy!

Không gian vũ trụ tối tăm và có màu đen là do vũ trụ của chúng ta đang giãn nở.

Mặt trời của chúng ta là một ngôi sao khổng lồ. Lượng ánh sáng mà nó phát ra là rất lớn. Vũ trụ có rất nhiều ngôi sao chiếu sáng giống như Mặt trời, nhiều đến mức chúng ta gần như không thể đếm hết được. Với nhiều ngôi sao như vậy đáng lẽ không gian vũ trụ phải được thắp sáng, đúng không? Phải chăng vì hầu hết các ngôi sao đều ở quá xa? Các nhà thiên văn học cho biết không hẳn là như vậy.

Theo ước tính của các nhà thiên văn học, trong khoảng không vũ trụ chúng ta có thể quan sát được, có khoảng 200.000 tỷ tỷ ngôi sao. Rất nhiều trong số các ngôi sao đó sáng bằng hoặc sáng hơn Mặt trời của chúng ta. Thế thì tại sao vũ trụ lại không sáng lấp lánh?

Nhà thiên văn học người Mỹ Brian Jackson cho biết công tác nghiên cứu các vì sao và các hành tinh xa xôi giúp chúng ta hiểu được vì sao vũ trụ lại tối đen.

Bạn có thể nghĩ rằng đó là vì các ngôi sao ở rất xa Trái Đất. Đúng là các ngôi sao ở càng xa thì càng mờ. Một ngôi sao ở xa gấp 10 lần thì nhìn mờ đi gấp 100 lần. Tuy nhiên, khoảng cách quá xa không hẳn là lý do duy nhất khiến các ngôi sao kém tỏa sáng.

Giả sử một lúc nào đó vũ trụ trở nên quá già đến mức ánh sáng từ những ngôi sao xa nhất cũng có thể đi đến được Trái Đất. Trong kịch bản tưởng tượng này, tất cả các ngôi sao trong vũ trụ đều không chuyển động chút nào.

Hãy hình dung vũ trụ như một bong bóng khổng lồ có Trái Đất nằm ở trung tâm. Nếu bong bóng này có đường kính 10 năm ánh sáng, nó có thể chứa một số lượng nhất định các ngôi sao. Tất nhiên, cứ ở xa vài năm ánh sáng, những ngôi sao này lại nhìn mờ hơn.

Nếu chúng ta mở rộng bong bóng này tới kích thước 1.000 năm ánh sáng, rồi 1 triệu năm ánh sáng, 1 tỷ năm ánh sáng, thì những ngôi sao xa nhất trong bong bóng càng mờ hơn nữa. Nhưng càng mở rộng bong bóng, tức là càng có nhiều ngôi sao, thì càng có thêm nguồn sáng. Cho dù những ngôi sao ở xa nhất nhìn vô cùng mờ nhạt, nhưng càng nhiều sao thì toàn bộ bầu trời đêm càng được chiếu sáng hơn.

Đến đây nghe có vẻ như mâu thuẫn, nhưng thực ra chúng ta sắp tìm thấy câu trả lời.

Trong phần giả định vũ trụ như một quả bong bóng, chúng ta đã tưởng tượng rằng các ngôi sao không hề chuyển động và vũ trụ đã rất già. Nhưng thực ra vũ trụ mới chỉ tồn tại khoảng 13 tỷ năm.

Đối với con người, đó là một quãng thời gian rất dài, nhưng trong các khái niệm về vũ trụ thì thời gian đó vẫn còn rất ngắn. Nó đủ ngắn để ánh sáng từ các ngôi sao ở xa hơn 13 tỷ năm ánh sáng chưa đến được Trái Đất. Và vì thế bong bóng thực tế vây quanh Trái Đất đang chứa đựng tất cả những ngôi sao chúng ta có thể nhìn thấy được mới chỉ có kích thước 13 tỷ năm ánh sáng thôi.

Các thiên hà nhìn như thế này cách đây khoảng 13/1 tỷ năm. Ảnh do kính thiên văn James Webb chụp (Ảnh: NASA/ESA/CSA/STScI/Handout from Xinhua News Agency/ Getty Images).

Trong bong bóng này không có đủ sao để lấp đầy và chiếu sáng mọi hướng nhìn. Tất nhiên, nếu bạn nhìn về một vài phương hướng trên bầu trời, bạn có thể nhìn thấy các ngôi sao, nhưng ở nhiều phương hướng khác bạn không thấy ngôi sao nào.

Đó là vì ở những vùng tối này, những ngôi sao đáng lẽ phải hiện ra thì lại ở quá xa khiến ánh sáng của chúng chưa đến được Trái Đất. Theo thời gian, ánh sáng từ những ngôi sao xa xôi này mới dần dần đến được chỗ chúng ta.

Có thể bạn vẫn băn khoăn liệu cuối cùng bầu trời đêm có được thắp sáng hoàn toàn hay không. Điều này lại đưa chúng ta trở về với điều giả định ban đầu: hãy tưởng tượng tất cả các ngôi sao đều đứng yên, không hề chuyển động. Trên thực tế, vũ trụ liên tục giãn nở, với hầu hết các thiên hà xa xôi dịch chuyển ngày càng xa Trái Đất với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Bởi vì các thiên hà này đang rời xa Trái Đất rất nhanh nên ánh sáng từ các ngôi sao của chúng khiến mắt thường không thể nhìn thấy được. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Doppler hay sự dịch chuyển đỏ.

Như vậy, ngay cả khi những ngôi sao này có đủ thời gian để ánh sáng đến được Trái Đất, bạn vẫn không thể nhìn thấy chúng bằng mắt thường. Và vì thế bầu trời đêm sẽ không bao giờ được chiếu sáng hoàn toàn.

Nếu bạn có thể chờ đợi lâu hơn nữa, thì cuối cùng các ngôi sao cũng sẽ cháy hết và lụi tàn. Những ngôi sao tương tự như Mặt trời của chúng ta cũng chỉ tồn tại khoảng 10 tỷ năm. Các nhà thiên văn học giả định rằng trong tương lai rất xa, khoảng 1.000 tỷ tỷ năm nữa, vũ trụ sẽ trở nên tối tăm vì chỉ còn những tàn dư của các ngôi sao mà thôi, chẳng hạn như chỉ còn lại những sao lùn trắng và các hố đen.

Mặc dù bầu trời đêm mà chúng ta nhìn thấy không kín đặc những vì sao, nhưng chúng ta đang sống trong một thời gian vô cùng đặc biệt trong quãng đời của vũ trụ. Đó là thời gian chúng ta may mắn để có thể chiêm ngưỡng bầu trời đêm với nhiều điều kỳ thú, có cả bóng tối và những ngôi sao lấp lánh.

• Tại sao trên Trái đất không có ngọn núi nào cao quá 10.000m, cứ mọc thêm là bị sụp đổ?
• Vì sao bầu trời ban đêm lại có màu đen?
• Tại sao ánh sáng bị bẻ cong bởi trọng lực?