Mọi vật chất trong vũ trụ được tạo ra như thế nào?
Tất cả vật chất xung quanh bạn được cấu tạo từ các đơn vị siêu hiển vi được gọi là phân tử. Phân tử được cấu tạo các nguyên tử riêng lẻ, thường xuyên bị phá vỡ và tạo thành phân tử mới. Mặt khác, hầu hết các nguyên tử cấu tạo nên mặt đất, không khí, thực phẩm và mọi sinh vật sống, kể cả bạn, chúng đã tồn tại qua hàng tỷ năm.
Sự hình thành phân tử bắt đầu từ 14 tỷ năm trước với một sự kiện gọi là Big Bang, tạo ra một vũ trụ chỉ gồm toàn khí, không có bất vì sao hay hành tinh nào. Khí được tạo ra từ nguyên tử các nguyên tố đơn giản nhất. Khoảng 75 phần trăm là hydro và phần còn lại hầu như là heli. Chưa có các nguyên tố cacbon, ôxy hoặc nitơ, cũng không có sắt, bạc hoặc vàng.
Ở một số nơi có mật độ khí cao hơn đôi chút, do lực hấp dẫn, những nơi ấy ngày càng thu hút nhiều khí hơn, từ đó khiến trọng lực cũng ngày càng mạnh hơn, nên lại có thêm nhiều khí hơn và cứ như vậy. Cuối cùng, tạo nên một quả bóng khí khổng lồ, co rúm lại dưới trọng lực của chính nó và nóng lên từ bên trong.
Sự hình thành phân tử bắt đầu từ 14 tỷ năm trước với một sự kiện gọi là Big Bang.
Lõi của quả bóng nóng tới mức tạo thành phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nguyên tử hydro tác động với nhau tạo thành heli, kèm theo giải phóng năng lượng, đủ mạnh để phá vỡ lực hấp dẫn. Khi năng lượng phóng thích cân bằng với lực hấp dẫn cũng là lúc đám mây khí bị nén lại và một ngôi sao được sinh ra.
Từ đây, phản ứng tổng hợp trong lõi của nó sẽ không chỉ sản xuất heli mà còn carbon, oxy, nitơ và các nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn cho đến sắt. Khi lõi hết nhiên liệu, ngôi sao sụp đổ, điều này gây ra một vụ nổ cực lớn được gọi là siêu tân tinh. Có hai điều cần lưu ý về mà cách siêu tân tinh tạo nên các nguyên tố.
- Thứ nhất, vụ nổ lớn khủng khiếp đến nỗi năng lượng được giải phóng tạo phản ứng hình thành các nguyên tố nặng hơn cả sắt như bạc, vàng và uranium.
- Thứ hai, tất cả các nguyên tố tích lũy trong lõi ngôi sao như cacbon, oxy, nitơ, sắt, cũng như những nguyên tố hình thành trong vụ nổ siêu tân tinh, bị đẩy vào khoảng không vũ trụ rồi trộn lẫn với các khí đang tồn tại ở đó.
Những ngôi sao được sinh ra và sụp đổ và cứ thế lặp đi lặp lại. Đám mây khí, bây giờ không chỉ chứa hydro và heli mà còn nhiều nguyên tố khác nữa. Mặt Trời của chúng ta cũng được sinh ra theo cách này vào 5 tỷ năm trước, nghĩa là nó được phát triển từ một đám mây khí chứa nhiều nguyên tố từ vụ nổ siêu tân tinh kể từ khi vũ trụ bắt đầu. Khác với những ngôi sao đầu tiên chỉ được tạo ra từ hydro và heli, Mặt Trời được hình thành từ 71% hydro, 27% heli và 2% các nguyên tố còn lại trong bảng tuần hoàn cấu thành Mặt Trời.
Vậy Trái Đất thì sao?
Các hành tinh nhỏ như Trái Đất không đủ lực hấp dẫn để giữ lại nhiều hydro hay heli bởi cả hai đều rất nhẹ. Nên mặc dù cacbon, nitơ, oxy,... chỉ chiếm 2% đám mây khí nhưng chúng mới chính là thứ tạo nên phần lớn hành tinh của chúng ta.
Khi khoa học mới bắt đầu nghiên cứu vấn đề này, nửa đầu thế kỷ 20 Harlow Shapley, nhà thiên văn học nổi tiếng đã nhận xét: "Chúng ta là anh em của những tảng đá, họ hàng với những đám mây". Chúng ta được tạo thành từ những vì sao.