Một vì sao mờ
nhạt bùng nổ ở một góc của bầu trời đêm - nó không hề có ở đó vài giờ trước,
nhưng bây giờ lại tỏa sáng như một ngọn hải đăng.
Ngôi sao sáng này không thực sự là sao, ít nhất không còn là sao nữa. Điểm sáng rực đó là một vụ nổ của ngôi sao đã tới giai đoạn cuối của cuộc đời, được gọi là siêu sao mới (Supernovae).
Hình 1:
Cassiopeia A, tàn dư siêu sao mới (loại II) trẻ nhất trong Dải Ngân Hà. Ảnh: NASA/CXC/MIT/UMass
Amherst/M.D.Stage et al
Siêu sao mới có
thể nhanh chóng chiếu sáng toàn bộ thiên hà và phát ra nhiều năng lượng hơn cả
Mặt Trời của chúng ta tỏa ra trong suốt cuộc đời. Chúng cũng là nguồn của các
nguyên tố nặng trong vũ trụ. Theo NASA, siêu sao mới là “vụ nổ lớn nhất diễn ra
trong không gian”.
Trung bình, với
một thiên hà cỡ như Dải Ngân Hà (Milky Way), cứ 50 năm lại xảy ra một siêu sao
mới. Nhưng nói cách khác, cứ vài giây lại có một vì sao phát nổ ở đâu đó trong
vũ trụ, và một số xảy ra quá xa Trái Đất. Khoảng 10 triệu năm trước, một nhóm
siêu sao mới đã tạo ra “Bong bóng Địa phương” (Local Bubble), kéo dài đến 300
triệu năm ánh sáng, một bóng bóng khí có hình củ lạc trong môi trường liên sao
bao quanh toàn Hệ Mặt Trời của chúng ta.
Cách một vì sao
kết thúc cuộc đời phụ thuộc vào khối lượng của nó. Ví dụ, Mặt Trời của chúng ta
không đủ nặng để phát nổ thành siêu sao mới (dù vậy, một khi Mặt Trời cạn kiệt
năng lượng hạt nhân, có lẽ trong sau 5 tỉ năm nữa, nó sẽ phình to lên thành khổng
lồ đỏ (red giant), điều chắc chắn sẽ làm bốc hơi thế giới của chúng ta, trước
khi nguội dần và cuối cùng trở thành một sao lùn trắng – white dwarf). Nhưng nếu
có khối lượng thích hợp, một sao có thể bùng nổ vô cùng mạnh mẽ.
Một ngôi sao có
thể thành siêu sao mới theo hai con đường:
- Siêu sao mới
loại I (Type I Supernovae): sao tích tụ vật chất từ một sao hàng xóm ở gần cho
đến khi kích thích phản ứng hạt nhân diễn ra cực kì nhanh.
- Siêu sao mới
loại II (Type II Supernovae): Sao cạn kiệt nhiên liệu hạt nhân và sụp đổ bởi trọng
lực của chính nó.
Siêu sao mới
loại II
Hãy cùng tìm hiểu
Loại II trước. Để một ngôi sao bùng nổ thành siêu sao mới loại II, nó phải nặng
hơn Mặt Trời nhiều lần (ước tính từ 8 đến 15 lần). Giống như Mặt Trời, nó cuối
cùng sẽ cạn kiệt nhiên liệu hi-đrô và hê-li trong lõi. Tuy nhiên, nó sẽ vẫn đủ
khối lượng và áp suất để tiếp tục tổng hợp cac-bon. Dưới đây là những gì xảy ra
tiếp theo:
- Dần dần các
nguyên tố nặng hơn xuất hiện ở trong lõi, và ngôi sao trở nên có nhiều lớp giống
như một củ hành, với các nguyên tố nào nhẹ hơn sẽ ra phía ngoài.
- Một khi lõi
sao vượt qua một giới hạn khối lượng nhất định (được gọi là giới hạn
Chandrasekhar), sao bắt đầu suy sụp (vì lí do đó nên các siêu sao mới này còn
được biết là siêu sao mới sụp đổ lõi).
- Nhiệt độ ở lõi
sao tăng dần và lõi trở nên càng lúc càng đậm đặc.
- Cuối cùng sự
suy sụp bật lõi sao ngược trở lại, đẩy vật chất sao vào trong không gian, tạo
thành một siêu sao mới.
Phần còn lại là
một vật thể cực kì đặc gọi là một sao neutron, vật thể có kích thước bằng một
thành phố, nén khối lượng bằng cỡ Mặt trời vào một không gian nhỏ.
Siêu sao mới loại
II có nhiều dạng, được phân loại dựa trên sự suy giảm cường độ ánh sáng. Ánh
sáng của siêu sao mới loại II-L tàn dần ngay sau vụ nổ, trong khi ánh sáng loại
II-P vẫn duy trì ổn định một thời gian trước khi suy giảm. Cả hai loại đều có dấu
hiệu của hydrogen trong quang phổ.
Các nhà thiên
văn học cho rằng các sao nặng hơn Mặt Trời khoảng 20-30 lần có thể không phát nổ
như một siêu sao mới. Thay vào đó chúng sụp đổ thành lỗ đen.
Siêu sao mới loại I
Hình 2: SN
1994D (đốm sáng góc dưới bên trái)- một siêu sao mới loại Ia trong thiên hà NGC
4526. Ảnh: NASA/ESA, The Hubble Key Project Team and The High-Z Supernova
Search Team
Siêu sao mới loại
I thiếu vắng dấu hiệu hydrogen trong quang phổ của chúng.
Siêu sao mới loại
Ia thường được cho là bắt nguồn từ các sao lùn trắng trong hệ sao đôi gần. Bởi
vì khí của sao đồng hành tích tụ dần vào sao lùn trắng khiến nó càng ngày càng
bị nén mạnh, và cuối cùng kích hoạt quá trình phản ứng hạt nhân xảy ra rất
nhanh, kết cục dẫn tới một vụ bùng nổ siêu sao mới khủng khiếp.
Các nhà thiên
văn sử dụng siêu sao mới loại Ia làm “ngọn nến chuẩn” để đo các khoảng cách
trong vũ trụ bởi vì tất cả chúng đều được cho là bùng nổ ở độ sáng tương tự
nhau tại cực đỉnh.
Sao siêu mới loại
Ia và Ib cũng phải trải qua quá trình sụp đổ lõi giống như ở loại II, nhưng
chúng mất phần lớn lớp vỏ khí hydrogen bọc bên ngoài. Vào năm 2014, các nhà
khoa học tìm thấy một sao đồng hành mờ, rất khó xác định của một siêu sao mới
loại Ib. Nghiên cứu tiếp tục trong hai thập kỉ, bởi vì sao đồng hành này chiếu
sáng mờ hơn rất nhiều so với siêu sao mới.
Các nghiên cứu gần
đây phát hiện siêu sao mới rung động giống như một người khổng lồ đang nói và
phát ra tiếng kêu rền có thể nghe rõ trước khi phát nổ.
Năm 2008, các
nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện được một siêu sao mới đang phát nổ. Trong
khi đang chăm chú nhìn vào màn hình máy tính, nhà thiên văn học Alicia
Soderberg hy vọng sẽ thấy vệt sáng nhỏ của một siêu sao mới đã 1 tháng tuổi.
Nhưng cái mà cô ấy cùng đồng nghiệp thấy là một vụ bùng nổ tia X kì lạ kéo dài
5 phút và cực kì sáng.
Với quan sát
này, họ trở thành những nhà thiên văn học đầu tiên “tóm” được một ngôi sao đang
phát nổ. Siêu sao mới này được đặt tên là SN 2008D. Nghiên cứu sâu hơn cho thấy
SN 2008D có một số đặc điểm không bình thường.
“Các quan sát và
mô hình của chúng tôi chỉ ra đây là một sự kiện có phần khác thường, tốt hơn
nên hiểu đây là một thiên thể nằm giữa ranh giới của siêu sao mới bình thường
và vụ bùng nổ tia Gamma”, Paolo Mazzali, một nhà vật lí thiên văn người Italia
của Đài quan sát Padova và Học viện Vật lý Max- Planck nói với space.com trong
cuộc phỏng vấn hồi năm 2008.
(Theo
Trần Linh, vatlythienvan.com, ngày 28 tháng 7)