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).

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

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

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

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.

Nguồn: Space.com 

Tham khảo:

  • In the journal Science, astronomers discuss "The Metamorphosis of Supernova SN 2008D."
  • In Astronomy & Astrophysics, astronomers collaborated on an article, "Constraints on High-Energy Neutrino Emission From SN 2008D."
  • A 2008 NASA press release announces the observation of the supernova.
Author: Trần Linh
Thành viên Hội thiên văn học Hà Nam; Sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội.