Cuộc đua ì ạch trở thành sao lùn trắng là số phận lừ lừ và hẩm hiu đối với các sao như Mặt Trời của chúng ta hoặc nhỏ hơn, thế còn các sao to hơn thì sao? Câu trả lời ngắn gọn là chúng không lặng lẽ. Các sao bé bự này có thể xem là những con thú đích thực của quang cảnh vũ trụ. Đó là vì sự nhiệt hạch của chúng không dừng lại với sự tổng hợp hạt nhân thành carbon. Chúng tiếp tục diễn ra, tạo ra các nguyên tố ngày càng nặng hơn cho đến sắt.
Khi ngôi sao bắt đầu tổng hợp sắt, thì nó gặp rắc rối to. Đó là vì không giống như các nguyên tử khác khi hợp nhất thì giải phóng năng lượng, hai nguyên tử sắt tổng hợp với nhau thì thu năng lượng. Điều này tạo ra một phản ứng dây chuyền phi mã làm ngôi sao nguội đi và áp suất giảm thật nhanh. Điều này cuối cùng dẫn tới sự co sụp kịch tính của toàn bộ ngôi sao.
Sau khi ngôi sao co lên lõi của nó, nó bật trở ra và những lớp ngoài của ngôi sao bắn vọt vào không gian. Các nhà thiên văn gọi đây là những vụ nổ siêu tân tinh. Khi chúng xảy ra, các vụ nổ siêu tân tinh giải phóng nhiều năng lượng đến mức chúng có thể sáng vượt trội hơn toàn bộ thiên hà. Biết rằng có hàng tỉ sao trong mỗi thiên hà, nhưng so với siêu tân tinh thì vẫn chẳng thấm vào đâu.
Khi các sao đồ sộ này trải qua vụ nổ siêu tân tinh, chúng vẫn để lại lõi của cái đã từng là ngôi sao. Tuy nhiên, cái lõi này bây giờ còn đặc hơn, vì sự co lõi vẫn tiếp tục cho đến khi toàn bộ electron và neutron ép chặt với nhau giống như một đám người cố thoát ra qua một cánh cửa duy nhất. Vật thể bị nén đặc vô cùng này được các nhà khoa học gọi là sao neutron, và nó đặc đến mức một muỗng cà phê của nó thôi cũng nặng hơn một tỉ tấn. Nói cách khác, sao neutron ép khối lượng của thứ cỡ bằng Mặt Trời vào một quả cầu rộng cỡ Manhattan mà thôi.
Toàn bộ siêu tân tinh đều là kết quả của các sao đã nổ tung. Thế nhưng còn có những cách khác cho một ngôi sao nổ tung, và các nhà thiên văn rất cần mẩn trong việc cố gắng phân loại từng sao đi tới kết cục như thế nào. Một số sao trở thành siêu tân tinh vì chúng quá đồ sộ và tự co lại khi chúng cạn kiệt nhiên liệu.
Hình minh họa này cho thấy một lộ trình khả dĩ của một ngôi sao trong tiến trình sống của nó, biến đổi từ một sao giống-Mặt Trời (dưới cùng bên trái) thành sao kềnh đỏ (trên cùng ở giữa) đến tinh vân hành tinh (góc cùng bên phải), và cuối cùng, kết thúc dưới dạng sao lùn trắng.
Một kiểu siêu tân tinh khác xuất hiện khi một sao lùn trắng có một sao đồng hành trong quỹ đạo gần xung quanh nó. Nếu sao lùn trắng đủ lớn, nó sẽ hút vật liệu từ sao đồng hành sang bề mặt nó bằng sức mạnh hấp dẫn của nó. Cuối cùng, nếu sao lùn trắng thu gom quá nhiều vật liệu đánh cắp lên bề mặt nó, thì nó sẽ kích hoạt một vụ nổ nhiệt hạch và toàn bộ ngôi sao bị thổi tung ra tứ phía. Các nhà thiên văn thấy kiểu siêu tân tinh này rất tiện dụng, vì theo họ chúng nổ với công suất ánh sáng phát ra như nhau vào mọi lúc và có thể dùng để đo những khoảng cách mênh mông trên toàn cõi Vũ trụ. (Trong Chương 8, chúng ta sẽ bàn về cách chúng được sử dụng để nghiên cứu bí ẩn về năng lượng tối.)
CHÚNG TA LÀ BỤI SAO
Cuộc đời và cái chết của các sao có liên quan gì đến sự sống trên Trái Đất này? Câu trả lời là: Mọi thứ đều liên quan.
Toàn bộ các nguyên tố mà chúng ta cần đến để sống – oxygen chúng ta thở, calcium trong xương của chúng ta, sắt trong máu của chúng ta – đều được tôi luyện trong lò lửa của những thế hệ sao đã chết cách nay lâu lắm rồi. Đây không phải một sự cường điệu. Toàn bộ những viên gạch cấu trúc đem lại sự sống này có mặt trên Trái Đất là bởi vì chúng đã bị quét khỏi đám mây thai nghén của Mặt Trời và sát nhập vào hành tinh chúng ta khi nó ra đời. Mỗi khi một ngôi sao giải phóng các nguyên tố được tổng hợp của nó vào không gian, hoặc thông qua những hơi thở phù phù của sao kềnh đỏ hoặc thông qua vụ nổ dữ dội của siêu tân tinh, thật ra nó đang làm giàu cho thế hệ tiếp theo của các sao và hành tinh bằng những nguyên tố thiết yếu này.
Các tàn dư siêu tân tinh – nghĩa là, vùng mảnh vụn còn lại sau vụ nổ – giống như những bông hoa tuyết: Chưa từng có hai tàn dư nào y hệt nhau. Trước mắt chúng ta, chúng còn thuộc về một trong những hình ảnh ngoạn mục nhất trong thiên văn học. Nhưng chính xác thì chúng ta đang nhìn thấy gì?
Do bởi nhiều ảnh trong số này là ảnh ghép – nghĩa là, chúng có vài lớp ánh sáng chồng lên nhau – cho nên tốt hơn hết chúng ta tách chúng lại thành các lớp thành phần để nhìn rõ hơn. Một tàn dư siêu tân tinh nổi tiếng mang tên Johannes Kepler, một nhà thiên văn nổi tiếng người Đức sinh sống hồi chừng bốn trăm năm trước. Khi Kepler (và những người khác) chứng kiến ngôi sao phát nổ vào đầu thế kỉ mười bảy, ông nhìn thấy một ánh sáng rực rỡ. Tuy nhiên, ngày nay, chúng ta có thể thấy rõ hơn nhiều – đặc biệt khi chúng ta nhìn vào tàn dư của vụ nổ siêu tân tinh ấy trong vùng sáng tia X.
Bằng cách gán màu đỏ cho vùng tia X năng lượng thấp, màu lục cho vùng trung bình, và màu lam cho vùng tia X năng lượng cao nhất, chúng ta có thể xếp lớp các lát với nhau để tạo ra một bức ảnh ba màu. Kiểu xếp lớp này cho phép đôi mắt loài người chúng ta nhìn thấy cái chúng không thể tự nhìn thấy.
Tàn dư siêu tân tinh Kepler trong vùng sáng tia X. Ba lát tia X (năng lượng thấp, trung bình và cao) được nhập lại để tạo ra bức ảnh ghép tia X ở dưới cùng.
Một ví dụ nữa về các lớp liên quan đến những loại ánh sáng khác nhau là từ Tinh vân Con Cua. Con Cua là một trong những vật thể nổi tiếng nhất trong không gian. Nó lần đầu tiên xuất hiện trên bầu trời đêm vào khoảng một nghìn năm trước, và trên thực tế mỗi chiếc kính thiên văn vũ trụ mà người ta từng chế tạo đều nhắm vào Con Cua. Ở đây, chúng tôi sẽ chỉ cho bạn thấy cái xảy ra khi bạn tạo ra một bức ảnh ghép bằng cách kết hợp ánh sáng quang học, hồng ngoại, và tia X. Mặc dù chúng ta thích Con Cua trong mọi loại ánh sáng, nhưng chúng tôi nghĩ phiên bản ảnh này cuối cùng sẽ bắt đầu cho chúng ta biết về toàn bộ câu chuyện.
Tinh vân Con Cua trong ánh sáng quang học, tia X, và hồng ngoại. Ba loại ánh sáng được kết hợp lại để tạo ra bức ảnh ghép sau cùng.
IC 443 là một tàn dư siêu tân tinh với một sao neutron chìm trong nó. Ba loại ánh sáng khác nhau có mặt trong bức ảnh ghép này, bao gồm tia X (lam), vô tuyến (lục), và quang học (đỏ). Vị trí và định hướng của sao neutron (đốm màu lam sáng hơn ở phần giữa phía dưới của ảnh) vẫn bí ẩn đối với các nhà thiên văn học, họ kì vọng nó sắp thẳng hàng về hướng tâm của tàn dư siêu tân tinh.
CẨM NANG THÁM HIỂM VŨ TRỤ
Kimberly Arcand và Megan Watzke
Trần Nghiêm dịch
Phần tiếp theo >>
