Bụi Vũ trụ - Lorin Matthews

Xem bài giảng đầy đủ tại: https://ed.ted.com/lessons/the-dust-bunnies-that-built-our-planet-lorin-swint-matthews

Cùng xem xét vị trí bạn đang ngồi, nếu du hành ngược thời gian, nó có thể đang nằm dưới đáy biển cạn, chôn vùi dưới vài dặm đá, hoặc trôi nổi trong dòng dung nham nóng chảy. Nhưng nếu quay lại khoảng 4.6 tỷ năm về trước, bạn sẽ hòa vào đám mây bụi khí khổng lồ đang quay quanh một ngôi sao mới. Vậy chính xác thì bụi vũ trụ này là gì? Cùng Lorin Matthews tìm hiểu về nó.

Bài giảng bởi Lorin Swint Matthews, chỉ đạo bởi Frederic SIegel (Nhóm Tumult).

Cùng xem xét vị trí bạn đang ngồi,

du hành ngược thời gian,

nó có thể đang bị nhấn chìm
dưới đáy biển cạn,

chôn vùi dưới vài dặm đá,

hoặc trôi nổi
trong dòng dung nham nóng chảy.

Nhưng nếu quay lại đủ lâu—

khoảng 4,6 tỷ năm về trước,

bạn sẽ hòa vào đám mây bụi khí khổng lồ

đang quay quanh một ngôi sao mới.

Đây là môi trường hình thành bí ẩn
lớn nhất cũng như nhỏ nhất của vật lý học:

bí ẩn bụi vũ trụ.

Khoảng không
tưởng chừng trống trải giữa các vì sao

thực chất chứa những đám bụi khí,

thường do siêu tân tinh thổi tới.

Khi mật độ mây đạt đến ngưỡng
gọi là khối lượng Jeans,

nó sẽ tự sụp đổ.

Đám mây bị nén
quay càng lúc càng nhanh và nóng lên,

cuối cùng, đủ nóng
để đốt cháy hydro trong lõi.

Đây là lúc
một ngôi sao mới được hình thành.

Phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong sao,

đẩy luồng khí thoát ra
tại đầu và đáy đám mây,

để lại một vòng khí bụi
gọi là đĩa tiền hành tinh.

Đó là một nơi đầy gió;

các xoáy khí kéo các hạt ra xa
hoặc đẩy chúng lại gần, gây va chạm.

Đám bụi chứa vụn kim loại,
một ít đá, và còn có cả băng nữa.

Ta đã quan sát được
hàng nghìn đĩa như thế này

ngoài không gian,
tại các giai đoạn phát triển khác nhau,

khi bụi tụ lại thành các khối lớn và nặng.

Các hạt bụi
bé hơn 100 lần bề dày sợi tóc

kết dính với nhau
nhờ lực Van der Waals,

khi một đám mây electron
di chuyển về một đầu của phân tử,

tạo thành cực âm và cực dương ở hai đầu.

các đầu trái dấu sẽ hút nhau.

Nhưng lực van der Waals
chỉ có thể liên kết các vật cực bé.

Và có một vấn đề là:

khi bụi khí
phát triển đến một mức nhất định,

gió bao quanh đĩa
sẽ thổi tung các đám mây bụi

cũng như khiến chúng va vào nhau.

Câu hỏi về cách
chúng có thể tiếp tục phát triển

là bí ẩn đầu tiên của bụi vũ trụ.

Có một lý thuyết dùng hiện tượng tĩnh điện
để trả lời câu hỏi này.

Những tia mang năng lượng
gamma, tia X, và UV

đẩy electron ra khỏi
các nguyên tử khí trong đĩa,

tạo thành ion dương và electron âm.

Các electron va vào bụi và dính lại,

khiến đám bụi mang điện tích âm.

Khi gió đẩy các đám bụi lại với nhau,

những đám bụi cùng dấu đẩy nhau
và chậm quá trình va chạm.

Va chạm nhẹ
sẽ không làm chúng vỡ,

nhưng nếu lực đẩy quá mạnh,
bụi khí sẽ không bao giờ phát triển được.

Một lý thuyết khác cho rằng
hạt mang năng lượng cao

có thể đấy nhiều electron
ra khỏi đám bụi khí,

khiến chúng mang điện tích dương.

Khác dấu thì hút nhau
nên các đám bụi phát triển nhanh.

Nhưng, chẳng bao lâu,
ta lại tìm ra một loạt các bí ẩn khác.

Ta biết được từ bằng chứng
tìm thấy trong thiên thạch

rằng các đám bụi bồng bềnh này
cuối cùng nóng lên, tan chảy

và nguội dần rồi biến thành các hạt rắn
gọi là chrondule.

Và ta không biết làm cách nào
hoặc tại sao điều đó lại xảy ra.

Hơn nữa, khi hình thành,
các hạt chrondule làm thế nào để kết dính?

Lực tĩnh điện ta nhắc đến bên trên
quá yếu,

lực hấp dẫn
cũng không thể giữ chrondule lại với nhau.

Lực hấp dẫn tỷ lệ thuận
với khối lượng vật thể.

Đó là lí do vì sao
bạn có thể dễ dàng thoát khỏi

lực hấp dẫn của tiểu hành tinh
to bằng một quả núi nhỏ

chỉ bằng sức mạnh của đôi chân.

Nếu không phải lực hấp dẫn
thì là do cái gì?

Có thể là do bụi vũ trụ.

Vành bụi bồng bềnh quanh chrondule
có thể có chức năng như băng gai dính.

Bằng chứng cho thấy điều này
nằm trong các thiên thạch,

ta thấy một vành vật chất mỏng
bao quanh chrondule

có thể là bụi tích tụ lại.

Sau cùng, hạt chrondule
kết dính với nhau trong các tảng đá lớn

rộng khoảng một ki-lô-mét

cuối cùng cũng đủ lớn
để kết dính với nhau bằng lực hấp dẫn.

Chúng tiếp tục va chạm nhau và phát triển
thành những vật thể lớn hơn,

như các hành tinh mà ta biết ngày nay.

Cuối cùng, chúng là cơ sở hình thành
mọi vật thể quen thuộc bên ta–

kích thước Trái Đất,
vị trí của nó trong hệ mặt trời

và các hợp chất cấu thành–

do hàng loạt các va chạm ngẫu nhiên
quyết định.

Và có lẽ, chỉ một chút thay đổi
trong đám mây bụi,

các điều kiện sẽ còn không thích hợp

cho việc hình thành
sự sống trên Trái Đất.