Vòng đời kỳ bí của các ngôi sao

24
6.895

Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ NASA vừa công bố một số bức ảnh về các giai đoạn trong cuộc đời những ngôi sao, nhân kỷ niệm sinh nhật thứ 18 của kính thiên văn Hubble.

Vòng đời bí ẩn của các ngôi sao trong vũ trụ

Tinh vân Orion. (Ảnh: NASA.)

Bức ảnh đầu tiên ghi hình tinh vân Orion - một đám mây bụi khí dày đặc cách Trái đất khoảng 1.500 năm ánh sáng. Tinh vân này có nhiều ngôi sao đang ở trong quá trình hình thành. Bên trong hình chữ nhật nhỏ hơn là ảnh đĩa bụi khí vây quanh một ngôi sao mới. Theo thời gian đĩa bụi khí này sẽ tạo nên các hành tinh.

Các ngôi sao được sinh ra trong những đám bụi khí qua nhiều giai đoạn. Đầu tiên khối vật chất bụi khí co lại khiến khối lượng riêng trung bình của nó tăng lên. Hiện tượng co lại diễn ra mạnh và nhanh dần theo thời gian trong vùng có mật độ cao. Đến một lúc nào đó, tổ hợp bụi khí lạnh tan vỡ thành nhiều đám mây đặc. Các đám mây nhỏ ấy là phôi để hình thành một dạng vật chất gọi là "tiền sao".

Đám khí trong thiên hà Large Magellanic Cloud. (Ảnh: NASA.)

Bức ảnh thứ hai chụp những ngôi sao mới hình thành màu xanh dương bị bao quanh bởi các đám khí trong Large Magellanic Cloud - một thiên hà chứa vài tỷ ngôi sao. Tuy nhiên, số lượng sao trong thiên hà này quá nhỏ so với 200-400 tỷ sao trong dải Ngân hà của chúng ta.

Sau khi "tiền sao" xuất hiện, quá trình co tiếp diễn với vận tốc rơi tự do và phát ra bức xạ hồng ngoại. Tại vùng trung tâm của nó, chuyển động rơi của các hạt diễn ra nhanh hơn, hình thành nên một nhân đặc mà bức xạ hồng ngoại không thể đi qua. Tình trạng này khiến nhiệt độ nhân của "tiền sao" và áp suất bên trong tăng lên rất cao, nhờ đó quá trình co giảm đột ngột.

Bụi và khí rơi lên nhân với khối lượng cực lớn gây nên các sóng chấn động. Khi các sóng chấn động này xuyên qua bề mặt của tiền sao, độ sáng của "tiền sao" sẽ tăng đột ngột và hiện tượng này gọi là "sự bùng phát hồng ngoại". Khi quá trình co hấp dẫn tiếp tục, chất khí được tích tụ không ngừng lên nhân tiền sao, khiến kích thước của nó nhỏ lại và cường độ sáng giảm đi.

Nếu khối lượng hoặc cường độ sáng của "tiền sao" đủ lớn, phần lớn bụi khí từ lớp vỏ vật chất của nó bị gió sao (quá trình thất thoát vật chất của sao trong mọi giai đoạn tiến hóa) đẩy vào khoảng không vũ trụ.

Sao đang tiến hóa V838 Monocerotis. (Ảnh: NASA.)

Bức ảnh thứ ba chụp một ngôi sao đang tiến hóa có tên V838 Monocerotis. Những tia sáng của nó rọi lên các đám bụi khí bị một con gió sao đẩy ra từ trước đó. Gió sao (với thành phần chủ yếu là các điện tử và proton năng lượng cao) ngăn cản đà tăng trưởng khối lượng nhân của "tiền sao".

Điều này giải thích vì sao khối lượng cực đại của các sao quan sát được có giá trị ở khoảng 60 lần khối lượng Mặt trời. Sau thời gian khoảng 10.000 - 100.000 năm, gió sao sẽ khuếch tán toàn bộ vật chất quanh sao. Nhờ đó "tiền sao" trở thành một thiên thể có thể quan sát được.

Một ngôi sao đang rũ bỏ lớp vật chất bên ngoài. (Ảnh: NASA.)

Trong bức ảnh thứ tư cho thấy một ngôi sao màu xanh dương đang chết, bỏ đi những lớp vật chất bên ngoài của nó và trở thành một sao lùn trắng, đồng thời thúc đẩy sự hình thành của một tinh vân.

Suy sụp hấp dẫn là hiện tượng co nén cực nhanh của các thiên thể có khối lượng lớn gấp 10 lần Mặt trời dưới tác dụng của lực hấp dẫn. Nó thường xuất hiện ở giai đoạn kết thúc của quá trình tiến hóa của thiên thể có khối lượng lớn. Sau khi đốt cạn nguồn nhiên liệu hạt nhân, các sao và các thiên thể nói chung sẽ mất cân bằng cơ học (năng lượng nhằm đẩy vật chất ra khỏi khối tâm bị suy yếu) dẫn đến quá trình co nén vào tâm với tốc độ tăng dần.

Quá trình tăng áp suất bên trong sẽ xảy ra song song với quá tình co nén vào tâm. Hai khả năng sau có thể xảy ra. Thứ nhất, nếu áp suất tại tâm tăng đủ lớn để ngừng quá trình suy sụp hấp dẫn thì thiên thể đó sẽ có khối tâm là một sao neutron đặc. Lớp vỏ lúc đó bắn ra ngoài tạo thành tinh vân, độ sáng của thiên thể tăng lên hàng triệu lần trong một thời gian ngắn hình thành sao mới.

Thứ hai, nếu áp suất bên trong của thiên thể chỉ đủ làm chậm quá trình suy sụp hấp dẫn nhưng không ngăn được sự co nén vật chất vào trong bán kính hấp dẫn, vật chất sẽ tiếp tục suy sụp vào và khối tâm lúc đó trở thành một hố đen.

Hệ thống sao hình cầu. (Ảnh: NASA.)

Bức ảnh thứ năm chụp một hệ thống sao hình cầu có kích thước nhỏ hơn các thiên hà. Chúng thường chứa khoảng 10.000 - 1.000.000 sao và có đường kính vài trăm năm ánh sáng. Các nhà thiên văn học đã tìm thấy khoảng 150 hệ thống sao hình cầu trong dải Ngân hà. Do chúng nằm quá xa hệ Mặt trời nên chúng ta hầu như không thể nhìn thấy chúng bằng mắt thường.