Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian (Phần 13)

Sao siêu mới bùng nổ trên bầu trời

Không phải ngôi sao nào cũng kết thúc cuộc đời của nó ở dạng sao lùn trắng. Thật vậy, nếu một ngôi sao có khối lượng lớn gấp vài lần Mặt trời, nó sẽ có một cái chết oanh liệt hơn nhiều. Một khi các quá trình hạt nhân bên trong nó đã ngớt, khối lượng thừa ra của nó đồng nghĩa là nó sẽ tác dụng áp suất hấp dẫn lớn hơn lên lõi của nó. Áp suất này làm cho phần lõi trở nên quá đặc và nóng nên nó sẽ gửi một sóng xung kích vật chất ngược lên làm cho ngôi sao nổ tung dưới dạng sao siêu mới. Trong phút chốc, nó sẽ là vật thể tráng lệ nhất trong toàn thiên hà. Trong vòng vài ngày, nó sẽ tỏa sáng gấp một trăm triệu lần; sáng hơn tất cả những ngôi sao khác trong thiên hà cộng gộp lại.

Một tính chất của những ngôi sao mà tôi chưa nhắc tới là đa số chúng xuất hiện thành từng cặp, gọi là hệ sao đôi, trong đó hai ngôi sao quay xung quanh nhau. Thật ra, những ngôi sao lẻ, đơn độc như Mặt trời là thuộc về thiểu số.

Kịch bản trên của một ngôi sao lẻ đồ sộ phát nổ được gọi là sao siêu mới loại II. Những ngôi sao này có độ sáng biến thiên và không phụ thuộc vào ngôi sao đó có là một phần của một hệ sao đôi hay không. Còn có một cách khác phổ biến hơn để một ngôi sao chuyển thành sao siêu mới. Nó được gọi là loại I, và xảy ra ở những hệ sao đôi. Cho dù một ngôi sao ban đầu không có đủ khối lượng và kết thúc dưới dạng một sao lùn trắng, nó vẫn có thể hút lấy vật chất từ người bạn đồng hành của nó và tăng thêm khối lượng. Do đó, bằng cách này nó có thể đạt tới khối lượng tới hạn.

Một trong những sao siêu mới được nhắc đến nhiều nhất trong những năm gần đây được nhìn thấy vào năm 1987. Tất cả những ngôi sao chúng ta nhìn thấy trên bầu trời đêm là thuộc Thiên hà Ngân hà của chúng ta. Những thiên hà khác ở quá xa nên chúng ta không thể nhìn thấy từng ngôi sao lẻ. Ngôi sao phát nổ vào năm 1987 không thuộc thiên hà của chúng ta mà thuộc một thiên hà láng giềng gọi là Đám mây Magellan Lớn. Nhưng, lúc nó sáng nhất, nó có thể được nhìn thấy rõ trên bầu trời đêm.

Tại tâm của nhiều tàn dư sao siêu mới là một cái lõi nhỏ, đậm đặc, cái còn sót lại của ngôi sao ban đầu. Vật thể này có đường kính cỡ bằng một thành phố lớn như London hoặc New York, nên nó nhỏ hơn nhiều so với một sao lùn trắng. Bởi vậy, nó đặc hơn nhiều vì nó chứa một phần đáng kể vật chất của ngôi sao ban đầu đã nổ. Một miếng nhỏ xíu cỡ bằng hạt đậu của cái lõi đậm đặc này sẽ cân nặng, trên Trái đất, bằng ngọn Everest! Một vật thể như vậy được gọi là sao neutron, và là một trong những vật thể thú vị nhất trong thiên văn vật lí học. Thật vậy, sao neutron là chủ đề của nhiều hoạt động nghiên cứu hiện nay. Bạn còn có thể bắt gặp thuật ngữ ‘pulsar’. Tất cả các sao neutron đều quay tròn rất nhanh và quét một chùm bức xạ vào không gian khi chúng quay như vậy. Nếu Trái đất nằm trong đường đi của chùm tia quét này, thì sao neutron xuất hiện trước chúng ta giống như một ngọn đèn lúc tắt lúc mở, vì thế mới có tên gọi pulsar. Một số pulsar quay nhiều vòng trên giây và tôi sẽ trở lại với chúng ở phần sau quyển sách này khi tôi xét khả năng sử dụng chúng để làm một cỗ máy thời gian.

Bất kể những vật thể thiên văn nghe có vẻ kì lạ này, chúng ta vẫn chưa gặp lỗ đen. Giờ ta hãy xét cái xảy ra khi một ngôi sao to hơn nữa, ví dụ gấp 20 hoặc 30 lần khối lượng Mặt trời, ngừng tỏa sáng. Một ngôi sao như vậy sẽ không có khả năng kháng nổi sự co sập hấp dẫn riêng của nó. Nó sẽ tiếp tục co lại cho đến khi nó bị nén đến mức mà ngay cả ánh sáng riêng của nó cũng không thể thoát khỏi lực hút hấp dẫn của nó. Đối với những ai đang nhìn từ xa, ngôi sao đó sẽ đột ngột biến mất khỏi tầm nhìn. Nó đã trở thành một lỗ đen.

Nhưng câu chuyện còn li kì hơn nữa và tôi sẽ trở lại với các lỗ đen ở Chương 4. Trong chương tiếp theo, chúng ta sẽ đưa vào sử dụng một số quan niệm về sự cong và sự dãn của không gian để xét Vũ trụ như một tổng thể. Rất nhiều cái chúng ta phải học về Vũ trụ chỉ được biết sau nhiều năm đo đạc và quan sát thiên văn. Một số quan niệm lí thuyết vẫn chưa được xác nhận trong khi một số quan niệm khác vẫn bị hoài nghi cao độ. Có một thứ là chắc chắn: vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được trả lời. Trong những trang tiếp theo, tôi sẽ đánh giá một số quan niệm mới về nguồn gốc, hình dạng, kích cỡ và số phận của Vũ trụ của chúng ta.

Lỗ đen, lỗ sâu đục và cỗ máy thời gian