Ba cái chết cho ngôi sao

[eubia]

Chúng ta hãy theo dõi định mệnh của một ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,4 lần khối lượng Mặt trời. Nó tắt một cách thanh thản. Khi hết nhiên liệu, ngôi sao chuyển từ kích thước của các sao khổng lồ đỏ (bán kính 50 triệu km ) đến kích thước của trái Đất (bán kính khoảng 6000 km). Ngôi sao trở thành sao lùn (H. 1). Nó rất nóng vì năng lượng của chuyển động sụp đổ biến đổi ra nhiệt. Nhiệt độ ở bề mặt của nó cấp 6000° . Nhiệt được bức xạ ra không gian. Màu trắng của bức xạ giống bức xạ Mặt trời nên nó có tên là sao "sao lùn trắng". Mật độ của nó rất lớn: 1cm3 sao sao lùn trắng nặng 1 tấn. Nhưng cái gì đã ngăn cản sao lùn trắng không sụp đổ thêm nữa? Ai chống lại trọng lực? Chắc chắn không phải là bức xạ, vì nó đã trở nên rất yếu. Nhà vật lý người Đức Wolfang Pauli, một trong những người sáng lập ra Cơ học Lượng tử, cho chúng ta câu trả lời. Vào năm 1925, ông khám phá ra rằng hai electron không thể bị nén lại với nhau được: chúng loại trừ nhau (khám phá của Pauli được biết dưới tên"Nguyên lý ngoại trừ".)

http://vietsciences.org/giaokhoa/vatly/thienvan/gstrinhxuanthuan/images/sinhssongchet_sao.jpg
Sự ra đời, đời sống và cái chết của một ngôi sao. Hình vẽ này cho ta cái nhìn bao quát về những chặng khác nhau của đời sống một ngôi sao như Mặt trời, sau từng chặng 100 triệu năm: ra đời từ sự sụp đổ của đám mây liên sao, ngôi sao đốt hydrogen trong suốt 9 tỉ năm, rồi biến thành khổng lồ đỏ đốt helium trong suốt 2 tỉ năm trước khi sụp đổ để trở thành sao lùn trắng. Vào cuối đời của nó, nó thành sao lùn đen, xác sao lạc trong bóng tối mênh mông của vũ trụ

Trong lúc sụp đổ, ngôi sao nén các electron mà nó chứa trong một thể tích càng ngày càng nhỏ. Càng bị nén chặt, các electron càng chống cự và tìm cách trốn thoát. Sự kháng cự này tạo nên một áp lực chống lại trọng lực, làm cho sao lùn không sụp đổ. Sự đẩy lẫn nhau giữa các electron này không phải là do lực điện từ đẩy các điện tích cùng dấu mà là một trong những biểu lộ của Cơ học lượng tử.

Đồng thời với sự sụp đổ của tâm ngôi sao, các lớp tầng bên trên tách ra khỏi ngôi sao. Được chiếu sáng bởi sao lùn trắng, chúng có dạng như một vành đai khí màu vàng và đỏ gọi là "tinh vân hành tinh", (từ ngữ gây hiểu lầm vì những tinh vân hành tinh và hành tinh không liên hệ gì với nhau)

http://vietsciences.org/giaokhoa/vatly/thienvan/gstrinhxuanthuan/images/nebuleuseplanetaire_lyre.jpg
Tinh vân hành tinh.

Hình này là tinh vân hành tinh Lyre. Đó là lớp vỏ bị đẩy bật ra bởi một sao đang hấp hối có khối lượng 1,4 khối lượng Mặt trời . Sao này vì cạn nhiên liệu, sụp đổ để thành sao lùn trắng (điểm sáng ở trung tâm của tinh vân). Chính bức xạ của sao lùn trắng chiếu sáng tinh vân hành tinh (ảnh, Hale Observatoires)

http://vietsciences.org/giaokhoa/vatly/thienvan/gstrinhxuanthuan/images/nebuleuseplanetaire_ic418.jpg
Tinh vân hành tinh IC 418. Sao ở giữa biến thành tinh vân hành tinh cách đây vài ngàn năm ánh sáng. Đường kính của tinh vân hiện nay lên tới 0,2 năm ánh sáng. Hình của NASA/STScI


. Cái chết êm đềm này là số phận dành cho đa số các sao (trong đó có Mặt trời của chúng ta): những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn 1,4 khối lượng Mặt trời thống trị dân số của các thiên hà. Cần phải có một kính thiên văn lớn mới xác định vị trí các sao sao lùn trắng bởi vì chúng sáng một cách yếu ớt. Sirius, ngôi sao sáng nhất trong bầu trời đêm, có sao lùn trắng làm bạn. Sao lùn trắng sẽ mất hàng tỉ năm sức mới hết nhiệt. Lúc cuối khi trở thành"sao lùn đen" vô hình, nó sẽ nhập vô hàng ngũ của vô số xác sao chết đang rải rác trong sự bao la của các thiên hà. Về phần tinh vân hành tinh, nó sẽ phân tán trong không gian vừa gieo trong đó những nguyên tố nặng đã được chế tạo trong những lò luyện của sao.


Tác giả: Trịnh Xuân Thuận
Nguồn: vietsciences.org

[duongtramanh.bdg]

Cuối cùng, chúng ta nói đến cái chết của ngôi sao quyết định nhất . Đây là số phận của sao có khối lượng lớn hơn khoảng 5 lần khối lượng của Mặt trời phải chịu. Khối lượng rất lớn gây sự sụp đổ vô cùng dữ dội. Lần này, không chỉ những electron mà ngay cả những neutron cũng bị bất ngờ. Chúng không có thời gian để tổ chức kháng cự lại trọng lực. Trọng lực này không thể dừng lại được nữa. Nó ép vật chất ở tâm ngôi sao vào một thể tích nhỏ đến mức trọng trường sinh tra trở nên vô cùng lớn. Tâm của sao trở thành một lỗ đen.

Cũng như trong trường hợp trước, sự sụp đổ dữ dội tạo ra vụ nổ khổng lồ làm văng ra các lớp trên cùng của sao vào không gian: sự ra đời của một lỗ đen cũng được chào mừng bằng sự bùng nổ supernovae. Lần này, ngôi sao chết cũng chẳng còn để lại xác chết có thể nhìn thấy được. Từ nay về sau, như chúng ta đã biết, nó chỉ thể hiện sự có mặt của nó bằng những hiệu ứng trọng lực mà nó tác dụng lên các vất chất đi qua gần nó. Nó làm chậm thời gian. Nó biến các nhà vũ trụ quá táo bạo thành những cộng mì sợi spaghetti Ý và sẽ nghiền nát họ. Đối với người quan sát trên trái đất, lỗ đen rất khó dò ra. Trừ khi, như chúng ta đã biết, nếu nó cặp đôi với một ngôi sao khác đang còn sống. Lỗ đen lúc đó sẽ cuốn hút khí quyển của ngôi sao thấy được về phía nó. Các nguyên tử khí trong khí quyển này phát ra tia X trong lúc rơi vào lỗ đen và sẽ tiết lộ sự hiện diện của nó. Người ta nghĩ rằng có tồn tại một lỗ đen theo hướng chòm sao Cygne, chỗ có một nguồn tia X rất sáng. Trong giải Ngân Hà, các lỗ đen có các sao sao lùn và pulsar ít hơn rất nhiều: các sao nặng là thiểu số trong dân số của thiên hà.

http://vietsciences.org/giaokhoa/vatly/thienvan/gstrinhxuanthuan/images/melodiesec_pulsar.jpg
1: Bức xạ vô tuyến; 2: pulsar bán kính 10 km; 3: Trái đất

Pulsar

Pulsar là một sao neutron có bán kính 10 km quay quanh chính nó rất nhanh và hoạt động như một đèn pha vũ trụ. Pulsar không phát xạ tất cả bề mặt của nó, mà phát ra hai chùm sáng (nhất là ánh sáng có tính vô tuyến). Một quan sát viên nơi trái đất sẽ nhận tín hiệu vô tuyến từ pulsar mỗi khi chùm tia quét qua trái Đất. Các tín hiệu phát ra liên tục với nhau, cách nhau bởi khoảng thời gian bằng thời gian mà ngôi sao quay một vòng xung quanh chính nó. Pulsar nhanh nhất được phát hiện, gởi cho chúng ta cứ 1,6 phần ngàn giây là một tín hiệu , nghĩa là nó quay 600 vòng một giây quanh chính nó. Một con quay thực sự của bầu trời!

http://vietsciences.org/giaokhoa/vatly/thienvan/gstrinhxuanthuan/images/trounoir_cygne.jpg
1: Lớp vỏ bao của ngôi sao nhìn thấy được; 2: Vật chất của sao rơi vô lỗ đen; 3 Lỗ đen; 4: đĩa quanh lỗ đen phát ra ánh sáng X; 5: chuyển động quỹ đạo

Lỗ đen quay theo quỹ đạo quanh sao siêu lớn, lôi cuốn bằng lực hấp dẫn lớp vỏ bao của sao này. Vật chất sao này khi rơi vô lỗ đen và đồng thời tạo thành đĩa khí xung quanh nó, nóng lên và phát ra tia X, tiết lộ cho ta biết sự có mặt của lỗ đen


Tác giả: Trịnh Xuân Thuận
Nguồn: vietsciences.org